Изменение углеводов в пищевых продуктах при тепловой обработке

 Содержание статьи:

Углеводы наряду с белками являются необходимыми компо­нентами любой живой клетки. Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. в большинстве продуктов растительного происхождения составляют от 80 до 90% сухого вещества в виде сахаров (глю­коза, фруктоза, сахароза), крахмала, клетчатки и др. В продук­тах животного происхождения углеводы встречаются в неболь­ших количествах.

 Сахар

 Содержание сахаров в различных пищевых продук­тах колеблется в широких пределах. Глюкоза, фруктоза, саха­роза содержатся в плодах и ягодах в количестве до 15% и более (виноград, бананы). Относительно богаты ими овощи: морковь (6,5%), свекла (8,0%), лук (7,0%). Подавляющее большинство зерномучных продуктов содержит значительно меньшее количе­ство сахаров (не более 0,5%). Из продуктов животного проис­хождения следует отметить молоко, количество лактозы в кото­ром достигает 4,8%.

Небольшое количество глюкозы имеется в мясе и яичном белке. Товарный сахар (песок, рафинад) содер­жит соответственно 99,8 и 99,9% сахарозы. В процессе кули­нарной обработки продуктов входящие в их состав сахара под­вергаются различным изменениям.

Ферментативный гидролиз мальтозы и сахарозы имеет место при брожении теста. В тесте, замешенном без са­хара, ферментативному гидролизу (под действием мальтазы дрожжей) подвергается только мальтоза, так как количество сахарозы в муке не превышает 0,38%.

Мальтоза в обычной муке отсутствует, но в процессе брожения она непрерывно образуется из крахмала под влиянием амилолитических ферментов муки. Если в тесто добавлена сахароза, она гидролизуется в первую очередь и только потом мальтоза, поэтому мальтазная актив­ность дрожжей понижается.

Особенно значительно мальтазная активность дрожжей мо­жет быть заторможена при безопарном замесе теста с большим количеством сахара. Для улучшения условий броже­ния теста и опары можно использовать препараты амилолити­ческих ферментов.

Глюкоза и фруктоза, которые образуются при ферментатив­ном гидролизе мальтозы и сахарозы, в процессе жизнедеятельности дрожжей (спиртовое брожение) и молочнокислых бакте­рий (молочнокислое брожение) перерабатываются в спирт, уг­лекислый газ и молочную кислоту. Схематически это может быть выражено уравнениями:

C6H12O6 = 2СО2 + 2С2Н5ОН

С6Н12О6 = 2СН3СНОНСООН.

Углекислый газ разрыхляет тесто, а молочная кислота бла­гоприятно воздействует на структурно-механические свойства клейковины, подавляет жизнедеятельность некоторых микроор­ганизмов, которые могут ухудшить качество изделий из теста, и придает тесту кислый вкус.

Кислотный гидролиз (инверсия) сахарозы наблю­дается при приготовлении компотов, варенья, помадки для кон­дитерских изделий и т. д.

В результате инверсии сахарозы об­разуется инвертный (инвертированный) сахар, т. е. раствор рав­ных количеств глюкозы и фруктозы. Инвертный сахар хорошо усваивается организмом, а также обладает высокой гигроско­пичностью и способностью задерживать кристаллизацию саха­розы, что используется для предотвращения излишней кристал­лизации кондитерской помадки.

Кроме того, глюкоза и фруктоза отличаются от сахарозы степенью сладости. Если сладость са­харозы принять за 100%, то для глюкозы она составит 74,3%, а для фруктозы 173%, поэтому следствием инверсии сахарозы является некоторое повышение сладости сиропа.

Скорость инверсии зависит от кислотности среды. С увели­чением кислотности скорость инверсии сахарозы возрастает. Органические кислоты по силе инверсионной способности можно расположить в следующем порядке: щавелевая кислота, лимонная, яблочная, уксусная.

В кулинарной практике для подкисления изделий обычно используют лимонную и уксусную кислоты. Следует иметь в виду, что инверсионная способность первой в пять раз больше второй.

По мере нагревания подкисленных растворов сахарозы ко­личество инвертного сахара в них возрастает. Слабая кислотность морковного и свекольного соков не вызывает инверсии содержащейся в них сахарозы в процессе варки корнеплодов.

При нагревании до высоких температур некоторых моносаха­ридов и олигосахаридов (глюкоза, фруктоза, сахароза и др.) происходит процесс их глубокого химического превращения — карамелизация, в результате которого образуются различные химические вещества, имеющие желто-коричневую окраску различной интенсивности.

Изменение сахаров начинается при нагревании их выше тем­ператур плавления: для глюкозы— 145—149° С, фруктозы — 98—102° С, сахарозы— 160—185° С. Происходящее при этом обезвоживание сахаров приводит к образованию альдегидов и других соединений, которые вступают в реакции конденсации и полимеризации и образуют окрашенные вещества.

Например, при карамелизации глюкозы образуются кармелан, имеющий желтую окраску, и кармелен, имеющий коричневую окраску.

Скорость процесса увеличивается при подкислении среды. Карамелизация сахаров имеет место при нагревании их в су­хом состоянии и в растворах. Более того, в сиропах сахароза менее устойчива, поэтому хранить их в нагретом состоянии (особенно подкисленными) не следует, так как в результате карамелизации сахаров они будут приобретать окраску.

В кулинарной практике в качестве красителя используется так называемый жженый, или карамелизованный, сахар.

При взаимодействии редуцирующих (восстанавливающих) сахаров с аминокислотами, полипептидами или белками обра­зуются различные химические соединения, в том числе меланоидины.

Процесс меланоидинообразования протекает сложно и химический состав конечных продуктов этих реакций полностью не установлен. Запах, цвет, вкус этих веществ за­висят от характера взаимодействующих продуктов и глубины процесса.

Окраска меланоидинов может варьировать от светло-желтой до темно-коричневой. Так, меланоидины придают корочке хлеба и многим запеченным кулинарным изделиям характерный «ру­мянец».

Процессы меланоидинообразования обусловливают также окраску бульонов, переваренного варенья, топленого мо­лока и других кулинарных изделий. Промежуточные вещества этих реакций — фурфурол и оксиметилфурфурол обладают при­ятным запахом и участвуют в формировании аромата и вкуса готовых изделий.

Крахмал

Значительное влияние на качество кулинарных изделий оказывают изменения, которым подвергаются крахмал и полисахариды клеточных стенок. Они определяют структуру и в решающей степени вкус большинства продуктов растительного происхождения.

Крахмал в значительных количествах содержится в зерно­мучных продуктах, крупах (65—76%), зернобобовых (горох — 42—50%, фасоль — 37—39%). Из овощей крахмалом богат кар­тофель (12—14%). В клетках растительной ткани крахмал на­ходится в виде особых зерен, или гранул, размер и форма кото­рых специфичны для различных продуктов.

Крахмальное зер­но— сложное биологическое образование, отдельные элементы которого объединены между собой связями различных типов. Крахмал большинства продуктов состоит из двух полисахари­дов— амилозы и амилопектина.

Оба полисахарида синтезиро­ваны из одного и того же мономера — глюкозы, но различны по типу строения; если в амилозе остатки глюкозы соединены глав­ным образом в длинную неветвящуюся цепь, то в амилопектине цепь разветвлена. Оба полимера содержат молекулы с различ­ным образом в длинную неветвящуюся цепь, то в амилопектине выше, чем амилозы.

Во многих продуктах содержание амилозы в крахмале составляет примерно от 15 до 30%, однако имеются продукты, крахмал которых в значительной степени обогащен амилозой или амилопектином.

Особый интерес представляют свойства растворов амилозы и амилопектина. Низкомолекулярная, или так называемая лег­кая, амилоза способна растворяться в холодной воде, а высо­комолекулярная (до известного предела) — в горячей, образуя малоконцентрированные растворы (не более 1%). Растворы очень неустойчивы: при хранении амилоза выпадает в осадок.

Стабильность растворов зависит от вида крахмала, из которого амилоза получена. В отличие от амилозы амилопектин не растворяется в холод­ной воде, а в горячей образует структурированные системы, свойства которых зависят от вида крахмала. Система с амило­пектином, полученным из картофеля или каштана, имеет до­статочную прозрачность и хорошо выраженные упругие свой­ства.

Система с амилопектином, полученным из пшеницы, риса, кукурузы, отличается развитыми пластическими свойствами (система мажется), кроме того, она непрозрачна и имеет мо­лочно-белую окраску. Помимо амилопектина и амилозы, крахмал в малом количе­стве содержит ряд других веществ, в том числе фосфорную кис­лоту.

При нагревании крахмала в воде он подвергается измене­ниям, которые в совокупности называются клейстеризацией.

Если повергнуть нагреванию малоконцентрированные вод­ные суспензии различных видов крахмала, то по достижении ими температуры от 50 до 70° С некоторые связи в крахмаль­ных зернах разрываются, их внутренняя структура разрушается и они набухают.

Проникающая внутрь зерен вода растворяет часть полисахаридов, так что некоторое количество пх из зерен переходит в окружающую среду, при этом вязкость системы значительно увеличивается. Крахмальная суспензия превраща­ется в крахмальный клейстер.

Подобное изменение крахмала принято характеризовать как первую стадию клейстеризации. Температуру, при которой эти изменения происходят, называют температурой клейстеризации крахмала; для крахмалов раз­ного происхождения она различна.

Все зерна картофельного крахмала в интервале температур от 56,4 до 69,3° С достигают первой стадии клейстеризации. За среднюю температуру клейстеризации принимают 62,8° С. Сред­няя температура клейстеризации пшеничного крахмала — 64,1° С, кукурузного — 67,8° С.

Нагревание крахмального клейстера до более высоких тем­ператур влечет за собой дальнейшее изменение структуры крахмальных зерен, сопровождающееся поглощением ими воды и значительным увеличением объема.

При этом возрастает пере­ход полисахаридов из зерен в окружающую среду, а вязкость клейстера продолжает увеличиваться. При температуре выше 80° С и продолжительном нагревании в клейстере картофель­ного крахмала наблюдается распад крахмальных зерен и сме­шивание их содержимого с окружающей средой; вязкость си­стемы падает.

При остывании и хранении клейстеров происходит их старе­ние. Старение оклейстеризованного крахмала сопровождается структурированием его полисахаридов и снижением их раство­римости. Молекулы полисахаридов агрегируются и образуют трехмерную сетку, в состав которой входят также набух­шие зерна крахмала, в результате чего прочность и мутность системы увеличивается.

При увеличении срока хранения уп­рочнение структуры может сопровождаться синерезисом си­стемы.

Помимо крахмала и крахмалосодержащих продуктов, кули­нарные изделия содержат дополнительные компоненты, которые могут оказывать влияние на процесс клейстеризации. Известно, например, что поваренная соль повышает температуру клейсте­ризации крахмала и понижает степень набухания зерен, предот­вращая в определенной мере их разрушение при высоких тем­пературах. Аналогичное действие имеет сахар.

Процессы клейстеризации и старения клейстеризованного крахмала учитывают в кулинарной практике при переработке крахмалосодержащих продуктов.

Крахмал в 2—8%-ной концентрации используют при изго­товлении киселей для придания им вязкой студнеобразной консистенции. Длительное время кипятить или хранить кисели при высоких температурах не рекомендуется, так как может про­изойти ослабление (разжижение) структуры клейстера.

Вязкая консистенция супов-пюре и многих соусов создается в результате клейстеризации крахмала, содержащегося в кру­пах (супы-пюре из круп) или в мучной пассеровке. Находящаяся в этих изделиях поваренная соль придает струк­туре клейстера устойчивость.

Процессы клейстеризации и старения клейстеризованного крахмала тесно связаны с качеством кулинарных изделий из зерномучных продуктов (каши, изделия из теста и др.). Клейстеризация крахмала в этих продуктах сопровождается измене­нием его структуры и увеличением содержания в ней водораст­воримых веществ. Оба эти фактора оказывают значительное влияние на вкусовые свойства готовых изделий.

Количество во­дорастворимых веществ в кашах тем выше, чем больше воды взято для их приготовления. При остывании и хранении изделий в них происходит процесс старения клейстеризованного крах­мала, в результате чего структура претерпевает новые измене­ния, а количество водорастворимых веществ в ней и качество продуктов понижаются.

При нагревании охлажденного крахмального клейстера про­цесс старения можно затормозить и даже обратить.

Действи­тельно, хранение гречневой, манной, пшенной и рисовой каш, а также отварной вермишели в течение четырех часов с мо­мента их приготовления при температуре 70—80°С предотвра­щает снижение содержания в них водорастворимых веществ и обеспечивает высокое качество изделий.

Аналогичный эффект дает разогрев этих изделий до 95°С после суточного хранения. При этом содержание водорастворимых веществ в изделиях увеличивается до величин, близких к исходным (содержащихся в свежеприготовленных изделиях).

Следовательно, для сохранения высокого качества кулинарных изделий из круп их необхо­димо хранить в горячем состоянии до момента потребления.

Необходимость совершенствования технологии переработки крахмалосодержащих продуктов и производства продуктов вы­сокого качества с ярко выраженным вкусом, который в значи­тельной степени обусловлен структурой или консистенцией, со­общаемой продукту клейстеризованным крахмалом, послужила основанием для выпуска промышленностью модифицированных крахмалов.

Модифицированные или измененные, крахмалы получают из обычных крахмалов (кукурузного, картофельного и др.) в ре­зультате их различной физико-химической обработки.

В зависи­мости от способа обработки получают крахмалы с различными свойствами (пониженная вязкость клейстера и др.), что значи­тельно расширяет сферу их применения в пищевой промышлен­ности и кулинарии.

Набухающие крахмалы получают путем высушива­ния клейстеризованного крахмала. С холодной водой такие крахмалы образуют клейстер. Используют их для приготовле­ния соусов, пудингов, кремов, а также в качестве загустителей и стабилизаторов начинок для тортов, пирожных, кроме того, они входят в рецептуру сухих супов, молочных напитков и дру­гих продуктов.

Крахмалофосфаты образуются при обработке крах­мала солями фосфорной кислоты. Используют их в качестве за­густителей для блюд, подвергаемых замораживанию, а также стабилизаторов для сиропов и т. д.

Известны и другие модифицированные крахмалы, которые намечается использовать в пищевой промышленности и кули­нарии. Помимо модифицированных крахмалов, посредством фрак­ционирования обычных крахмалов или из селекционного сырья получают амилозный или амилопектиновый крахмал, который содержит только один из полисахаридов — амилозу или амилопектин и имеет специфические свойства.

Клейстер амилозного крахмала обладает пониженной вязкостью, что облегчает веде­ние технологического процесса, а при охлаждении быстро пере­ходит в студень. Амилопсктиновый крахмал образует высоко­вязкий клейстер, не склонный к старению, и поэтому с успехом может использоваться для производства замороженных изделий с соусами.

В процессе брожения теста крахмал под действием рамилазы подвергается ферментативному гидролизу (в нормально вызревшем зерне пшеницы а-амилаза находится в недеятельном состоянии).

(C6H10O5) п + nН20 — nC12H22O11.

Основным продуктом гидролиза является мальтоза, которая в свою очередь расщепляется до глюкозы; последняя используется при спиртовом и молочнокислом брожении. Гидролиз крахмала начинается при замесе теста и продолжается при вы­печке изделий, т. е. в условиях, когда крахмал подвергается клейстеризации, так как инактивация фермента происходит при более высоких температурах.

Следует отметить, что гидроли­зующий эффект фермента значительно сильнее проявляется на клейстеризованном крахмале, чем на его неразрушенных зер­нах. Продолжительный энергичный замес теста и повышенная температура его при брожении способствуют гидролизу крах­мала.

Мука из проросшего зерна, помимо (β-амилазы, содержит еще α-амилазу, которая гидролизует крахмал до низкомолекулярных полисахаридов и сбраживаемых сахаров. Излишняя ак­тивность ее в тесте обусловливает значительную липкость мя­киша у выпеченных изделий.

Для ускорения в тесте процесса гидролиза крахмала исполь­зуют специальные ферментные препараты. Ферментативный гидролиз крахмала происходит также при тепловой обработке картофеля, который содержит β-амилазу. В вареном картофеле содержание крахмала за счет его гидро­лиза на 3—9,5% меньше, чем в сыром.

Технология приготовления некоторых кулинарных изделий, содержащих крахмал, предусматривает их нагрев до темпера­тур выше 100° С. При этих условиях после испарения влаги крахмал подвергается декстринизации.

Нагретый до 120° С и выше, он расщепляется на отдельные фрагменты с меньшим молекулярным весом. Среди продуктов распада со­держатся высокомолекулярные вещества, которые в отличие от декстринов, получаемых при ферментативном гидролизе, назы­ваются пиродекстринами (полисахариды с различным молеку­лярным весом).

Пиродекстрииы имеют окраску от светло-жел­той или кремовой до темно-коричневой и хорошо растворяются в холодной воде. В кулинарной практике декстринизация крахмала часто про­исходит в поверхностной корочке при жаренье, выпечке или за­пекании крахмалосодержащих продуктов. Декстрины содер­жатся также в мучной пассеровке.

В результате клейстеризации крахмала может измениться масса обрабатываемых продуктов. Степень изменения массы зависит от химического состава продуктов и ряда технологиче­ских факторов. Масса картофеля, в котором содержится значи­тельное количество влаги и сравнительно немного крахмала, при варке изменяется мало.

Бобовые — горох, фасоль, чечевица, нут — увеличивают свою массу примерно в два раза, макарон­ные изделия (макароны, лапша, вермишель и др.) —в три раза. На изменение массы макаронных изделий может оказать влия­ние содержание в муке белков и крахмала. При повышенном содержании крахмала изделия могут больше поглотить влаги.

На практике от количества воды, взятой для варки каш, за­висит их консистенция. При приготовлении рассыпчатых каш берут от 1,1 до 2,0 л воды, вязких —от 2,5 до 3,5 л, жидких — от 3,5 до- 5,5 л на I кг крупы.

Пектиновые вещества

Основу паренхимной ткани продуктов растительного происхождения составляют клеточные оболочки, прочно соединенные между собой срединными пластинками. Главной составной частью клеточных оболочек явля­ется целлюлоза (клетчатка), которая обусловливает механиче­ские свойства растительной ткани; на ее долю приходится около 50% содержащегося в растениях углерода.

Помимо целлюлозы, в состав клеточных оболочек входят также гемицеллюлозы (полуклетчатка) и некоторые другие вещества. Основным компонентом срединных пластинок многих продуктов растительного происхождения является протопектин.

Целлюлоза не растворяется в холодной и горячей воде. При тепловой обработке она лишь несколько набухает. Неко­торые сопутствующие ей гемицеллюлозы растворяются в горя­чей воде, вследствие чего клеточные оболочки растительной ткани разрыхляются, но не разрываются.

Изменение механиче­ской прочности паренхимной ткани в большей степени связано с деградацией протопектина и нарушением структуры средин­ных пластинок.

Протопектин имеет сложную химическую структуру, в основе которой лежит полигалактуроновая кислота и ее про­изводные. Сложное строение и связь протопектина с другими элементами структуры паренхимной ткани обусловливают его нерастворимость в холодной воде. Поэтому при первичной об­работке, если она не включает нагревания, протопектин заметно не изменяется.

При тепловой обработке растительных продуктов связь между отдельными элементами структуры протопектина разры­вается и он образует растворимый в холодной и горячей воде пектин. При этом прочность срединных пластинок падает, что снижает механические свойства всей паренхимной ткани.

Специфические особенности строения протопектина различ­ных продуктов обусловливают неодинаковую устойчивость их к тепловой обработке.

Имеются данные, которые позволяют говорить об особенно­стях расщепления протопектина некоторых овощей и бобовых — гороха, картофеля, капусты и некоторых других.

У этих продук­тов в организации структуры протопектина активную функцию выполняют двухвалентные ионы кальция и магния, удаление которых способствует расщеплению протопектина.

В процессе тепловой обработки продуктов, после денатура­ции и свертывания белков клеточной мембранной системы, создаются благоприятные условия для диффузионных и ионнообменных процессов между протопектином и веществами, способ­ными связывать кальций, в ходе которых кальций из протопек­тина выводится и последний подвергается деструкции.

В растительных клетках в качестве агента, связующего каль­ций, выступают различные вещества, главным образом органические кислоты, образующие с ним малорастворимые соли,— фитиновая, щавелевая, лимонная и др.

Если продукт содержит эти кислоты в достаточном количестве, то расщепление прото­пектина идет быстро и продукт в короткие сроки достигает готовности. Если связующих кальций веществ в продукте недо­статочно, то процесс тепловой обработки последнего затяги­вается.

Это положение справедливо для некоторых сортов карто­феля и белокочанной капусты, продолжительность варки кото­рых зависит от содержания в них связующих кальций веществ и не зависит от количества протопектина. Вместе с тем у некоторых сортов гороха в процессе хранения разрушается фити­новая кислота, которая энергично связывает кальций, поэтому срок приготовления продукта удлиняется.

При хранении очищенных овощей в воде происходит потеря ими органических кислот, что также может замедлить размягчение продуктов при тепловой обработке. В процессе расщепления протопектина принимает участие вода, поэтому все продукты растительного происхождения можно довести до готовности при варке, но не все — при жаре­нье.

Так как при жаренье влага непрерывно испаряется, жарить можно только продукты, в которых протопектин относительно лабилен и расщепляется в достаточной степени за время обра­зования на поверхности поджаристой корочки. Иначе при последующем жаренье вследствие недостатка собственной влаги процесс расщепления протопектина замедляется и продукт вы­сыхает, не достигнув кулинарной готовности.

Внешними факторами, которые оказывают влияние на рас­щепление протопектина, являются температура нагрева и реак­ции среды. Нагревание продукта до температуры свыше 100° С значительно ускоряет его размягчение. Так, срок варки фасоли в автоклаве при 2 ати (134° С) сокращается в четыре раза про­тив нормальных условий.

Наоборот, варка картофеля при 90° С длится дольше обычного срока, а при 73° С картофель незави­симо от сроков обработки не приобретает достаточной мягко­сти, свойственной вареному продукту.

Отмечено различное влияние кислотности среды на процесс расщепления протопектина и изменение структуры ткани про­дуктов. Так, свекла, тушенная с уксусом, всегда бывает более твердой по консистенции, чем тушенная без уксуса, но при зна­чительном подкислении свекла разваривается быстрее, чем в нейтральной среде.

Известно также, что если картофель до закладки огурцов в рассольник или квашеной капусты в щи предварительно не проварить в течение 5—10 мин, то при по­следующей варке он не достигнет необходимой мягкости.

Од­нако опытным путем доказано, что продолжительность варки картофеля в растворе щавелевой кислоты не отличается от вре­мени варки в нейтральной среде и сваренный картофель имеет нормальную консистенцию. Эти данные свидетельствуют о том, что кислая среда может тормозить и ускорять процесс расщеп­ления протопектина.

Если она способствует расщеплению прото­пектина, то срок кулинарной обработки продукта сокращается, если она тормозит процесс расщепления протопектина, то срок кулинарной обработки продукта увеличивается.

Выделенные из различных продуктов пектины значительно различаются между собой по количеству свободных и этерифицированных карбоксильных групп полигалактуроновых кислот.

Различают высокоэтерифицированные или высокометоксилированные пектины (поскольку в этерификации участвует главным образом метиловый спирт) — цитрусовый, яблочный и другие, в которых этерифицировано более 50% карбоксильных групп, и низкоэтерифицированные пектины — свекловичный и другие, у которых более 50% карбоксильных групп являются свободными.

Первая группа пектинов образует студни при высоком содержании сахара, принятом в кондитерских изделиях,— около 60%, а вторая группа пектинов образует студни с солями поли­валентных металлов (обычно соли кальция) при малом содер­жании сахара, принятом в кулинарных изделиях, или без са­хара и может с успехом использоваться для приготовления желированных кулинарных изделий, особенно в диетическом питании.

Обе группы пектинов являются хорошими стабилиза­торами взбитых кулинарных изделий.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *