Модуль 2.

УГЛЕВОДЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ

Лекция 5

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ САХАРА И САХАРИСТЫХ ВЕЩЕСТВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ФАКТОРОВ

Характеристика углеводов пищевых продуктов

Одним из важнейших компонентов питания человека являются углеводы. Их употребляется гораздо больше, чем жиров и белков, они составляют 60% суточной калорийности рациона, содержатся в основном в продуктах растительного происхождения. В основном в состав углеводов входят: углерод, водород, кислород и некоторые включения. Источником углеводов в нашем питании являются главным образом полисахариды (крахмал), дисахариды (сахароза, лактоза) и моносахариды (глюкоза и фруктоза).

Сахара являются одной из важнейших составных частей плодов и овощей, где они находятся в растворённом состоянии в клеточном соке.

Плоды и ягоды содержат от 3 до 15% сахаров: в винограде 14-23%, в бананах – до 18%. В яблоках и грушах преобладает в основном фруктоза, сахарозы содержится не более 1/4 общего количества сахаров, абрикосы и персики содержат до 4/5 сахарозы, в вишнях сахарозы не более 1%, а в кизиле она совсем отсутствует. Употребляемый сахар-рафинад является почти чистой сахарозой (99,9%).

В овощах сахаров мало – 2-3%. Исключение составляет свекла – 7,1%, морковь – 6,4%. В фасоли сахаров содержится до 5%, они представлены сахарозой и тетрасахаридом – стахиозой. Стахиоза содержится также в чечевице и сое. В пшеничной муке содержание сахара зависит от сорта, чем выше сорт – тем меньше сахара, в среднем до 1%, в молоке содержится лактоза 4,6-4,8%, в мясе и яичном белке содержится немного глюкозы.

Углеводы являются одним из основных источников энергии, составной частью ряда важнейших соединений живой клетки (нуклеиновых кислот и др.), а для растительных клеток ещё и главным строительным материалом. Оболочки этих клеток состоят преимущественно из углеводов.

Классификация углеводов из-за их широкого распространения достаточно затруднена. По структуре углеводы делятся на простые (моносахара) и сложные (полисахариды). Сложные углеводы, которые при полном гидролизе способны образовывать моносахариды, в зависимости от молекулярной массы делятся на олигосахариды («oligos» –несколько) и высшие сахара. Моно- и олигосахариды в большинстве растворимы в воде и имеют сладкий вкус. Высшие сахара – мало или полностью нерастворимы и не имеют сладкого вкуса.

Основные группы углеводов представлены следующим образом:

Моносахариды:

• арабиноза;

• ксилоза;

• рибоза;

• дезоксирибоза;

• глюкоза;

• фруктоза;

• манноза;

• галактоза;

• сорбоза;

• рамноза.

Полисахариды:

• крахмал;

• гликоген;

• инулин;

• клетчатка;

• гемицеллюлоза;

• пектиновые вещества;

• слизи;

• агар-агар;

Олигосахариды:

• сахароза;

• мелибиоза;

• мальтоза;

• лактоза;

• -трегалоза;

• -гентиобиоза;

• целлобиоза;

• рафиноза;

• стахиоза.

Моносахариды – это простые сахара, молекулы которых представляют собой одну неразветвлённую углеродную цепь, имеющую от трёх до шести атомов углерода. В зависимости от числа атомов углерода моносахариды называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами или гептозами. Один из атомов углерода в молекуле моносахаридов всегда представлен карбонильной группой С=0. При термической обработке растительных про-

дуктов именно эта группа способна вступать в реакцию с аминной группой белков и давать темно-окрашенные соединения – меланоидины. Если карбонильная группа находится на конце молекулы моносахарида, т. е. является альдегидной группой, то моносахарид называют альдозой. Когда карбонильная группа занимает в молекуле любое другое место, т. е. является кетонной группой, моносахарид называют кетозой.

Наиболее распространены в природе гексозы. Известны 32 изомера альдогексоз и 24 изомера кетогексоз. Напомним, что изомерами являются вещества, имеющие одну и ту же суммарную формулу, но разную структуру, т. е. Неодинаковое расположение атомов в молекуле. Разное строение веществ обуславливает различие их свойств.

В плодах и овощах из альдогексоз в свободном виде и в составе более сложных соединений больше всего встречается a- глюкоза, а из кетогексоз - b- фруктоза.

Глюкозу называют иначе виноградным сахаром из-за высокого содержания её в винограде, а также декстрозой, так как раствор a-глюкозы вращает поляризованный луч вправо. В чистом виде глюкоза усваивается организмом лучше всех других углеводов, поэтому в медицинской практике её используют для инъекций. В растительных тканях глюкоза содержится не только в свободном виде, но и входит в состав многих олигосахаридов (мальтозы, сахарозы, лактозы, рафинозы), а также ряда глюкозидов. Из глюкозы построены такие полисахариды, как целлюлоза, крахмал, гликоген. Глюкоза встречается также в фосфорилированном виде: глюкозо-1-фосфорная кислота, глюкозо-6-фосфорная кислота и глюкозо-1, 6-дифосфорная кислота.

Фруктозасодержится почти во всех плодах, поэтому её называют плодовым сахаром. Она вращает поляризованный луч влево (левулоза). Фруктоза – самая сладкая из всех сахаров. Менее сладкой является сахароза, затем – глюкоза, ксилоза, мальтоза, галактоза. Высокая сладость, например, арбузов, содержащих относительно мало сахаров (7%), объясняется тем, что они представлены преимущественно фруктозой. Она входит в состав сахарозы и полисахаридов, превращающихся при гидролизе в фруктозу (к ним относится инулин). Фруктоза встречается также в фосфорилированном состоянии: фруктозо-1-фосфорная кислота, фруктозо-6-фосфорная кислота и фруктозо-1,6-дифосфорная кислота.

Олигосахариды представляют собой углеводы, построенные из небольшого количества моносахаридов. Наиболее распространены дисахариды, образующиеся при соединении двух моносахаридов с выделением воды. В плодах и овощах к наиболее часто встречающимся олигосахаридам относится сахароза и мальтоза.

Сахароза – обычный сахар, используемый в повседневном питании, в наибольшем количестве содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике, поэтому её называют свекловичным или тростниковым сахаром. Под действием соответствующих ферментов или при нагревании с кислотами сахароза распадается (гидролизуется), образуя смесь из глюкозы и фруктозы, которая называется инвертным сахаром, а сам процесс гидролиза – инверсией. Слово инверсия означает перестановку, преобразование. В данном случае в результате гидролиза сахарозы изменяется удельное вращение раствора с правого на левое. Объясняется это тем, что у образующейся при гидролизе фруктозы левое вращение значительно больше, чем у глюкозы правое. Чем кислее раствор, тем интенсивнее идёт гидролиз сахарозы. В кислых растворах она гидролизуется почти в тысячу раз быстрее других дисахаридов – мальтозы и лактозы.

Мальтоза – больше всего ее содержится в солоде, который образуется в прорастающих семенах как продукт ферментативного расщепления крахмала, поэтому её часто называют солодовым сахаром. При гидролизе мальтозы образуются две молекулы глюкозы.

Лактоза – или молочный сахар состоит из остатков галактозы и глюкозы.

Полисахариды – сложные углеводы, состоящие из большого числа (сотен и тысяч) остатков моносахаридов, обладающие поэтому высоким молекулярным весом. В отличие от простых сахаров они не сладкие.

В ряде растворителей (в воде обычно нерастворимы) дают коллоидные растворы. По химическому составу полисахариды делят на гомополисахариды, построенные из остатков какого-либо одного моносахарида (глюкозы, фруктозы и т. д.), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов и их производных.

Важное значение имеют гомополисахариды, состоящие из глюкозы и называемые глюканами. К ним относятся широко распространенные в овощах и плодах крахмал, клетчатка, гликоген.

Важнейшими гетерополисахаридами являются гетерогемицеллюлозы, пектиновые вещества.

Полисахариды делятся так же на те, которые перевариваются организмом человека – крахмал, гликоген, частично пектин, гемицеллюлозы, и не перевариваются, которые называют пищевыми волокнами.

Товароведно-технологическая характеристика углеводов и их общие технологические функции

По товароведной классификации углеводы в предприятиях питания находятся в виде выделенных продуктов – сахара, меда, искусственного меда, сиропов. Из полисахаридов наиболее распространенными являются крахмал, модифицированные крахмалы, патока, глюкоза, саго.

В виде товарного продукта на предприятии находятся пектины, сульфатированные полисахариды – агар, агароид, фцурцеллоран, карагенан.

С точки зрения технологического процесса среди полисахаридов в отдельную группу выделяют гидроколлоиды природного происхождения, которые в технологической практике используются как функциональные добавки со свойствами полимеров за счет своей способности образовывать водные коллоиды и проявлять эффект загустевания или гелеобразования. Они выполняют следующие технологические функции:

• загустителей – благодаря способности повышать вязкость;

• студнеобразователей – благодаря изменению структуры с редкой на постоянную;

• стабилизаторов – делают возможным сохранение постоянной структуры на протяжении определенного времени.

Гидроколлоиды делятся на две группы:

1. Гидроколлоиды природного происхождения, во-первых, выделяются из растений (гуми) – гумиарабик, карайа, трагаканта, клей вишни, сливы,

Во-вторых, это экстракты, полученные физическими или химическими методами из:

• семян (мука семян рожкового дерева);

• водорослей (агар-агар, агароид, фурцеллоран, альгинаты);

• растительного сырья (пектин, гемицеллюлоза);

• сырья морского происхождения (хитин, хитозан);

• микроорганизмов (ксантан, декстран).

2. Искусственные гидроколлоиды, полученные различными методами модификации природного сырья – метилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, натрийкарбоксиметилцеллюлоза и т.д

Гидроколлоиды растительного происхождения, принадлежащие к категории пищевых волокон, используются в качестве студнеобразователей, загустителей и характеризуются:

• способностью к набуханию;

• удерживанию большого количества воды;

• повышению вязкость растворов при увеличении концентрации;

• способностью в определенных условиях образовывать студни с определенной текстурностью;

• выступать в роли криопротекторов, изменяющих скорость льдообразования и характеристику кристаллов льда.

При использовании пищевых волокон в диетическом питании особенно важна их способность «имитировать» состояние насыщенности и притуплять чувство голода, связывать воду в кишечном тракте.

Среди технологических свойств моносахаридов и дисахаридов важнейшей в технологическом процессе является их способность придавать пищевым системам сладкий вкус.

Полисахариды не имеют сладкого вкуса, но во время гидролиза крахмала накапливаются декстрины, имеющие сладкий вкус, например патока – продукт неполного кислотного гидролиза крахмала.

На современном этапе развития технологии остро стоит проблема снижения калорийности продукции. В связи с этим широкое применение находят заменители сладкого вкуса, к которым относя сорбит, ксилит, некоторые спирты, сахарин, аспартам, цикламат, стевиазит.

Простые сахара по технологическим свойствам характеризуются как признанные структурообразователи, которые значительно влияют на органолептические показатели изделий, определяя их консистенцию. Способность к структурообразованию зависит от многих технологических факторов и состояния сахаров. Например, ощущение коллоидности в напитках определяет концентрация сахара; в процессе варки растворы сахара образуют сиропы, которые достаточно широко используются; сахар способен образовывать стеклоподобные тела в процессе карамелизации, что используется при производстве карамелей, козинак и т.д.

Сахаристые вещества в технологическом плане характеризуются высокой растворимостью и гигроскопичностью, в технологическом процессе могут выступать как выраженные дегидрататоры, т.е. могут извлекать излишки влаги из пищевых систем, которая используется на их растворение. Такая способность к дегидратации позволяет использовать сахар как специфический панировочный материал. Такое свойство обуславливает использование сахара как природного консерванта, что используется в приготовлении кондитерских кремов, сгущенного молока, джемов, подварок, повидла и т.д.

Среди особенных технологических свойств сахаров является их способность гидролизоваться и ферментативно расщепляться до спиртов или органических кислот. Сахаристые вещества в технологическом процессе используются так же как стабилизаторы белковых веществ и витаминов, как при нагревании, так и при замораживании.

Кроме того, в определенных условиях сахара могут изменять цвет (карамелизация и меланоидинообразование), образовывать в процессе деструкции летучие и ароматические вещества, что изменяет органолептические показатели изделия. Благодаря таким свойствам сахара нашли широкое применение в разнообразных технологических процессах.

Физико-химические и технологические свойства сахара и сахаристых веществ