| 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:
C
6H
12O
6 = 2СО
2 + 2С
2Н
5ОН
С
6Н
12О
6 = 2СН
3СНОНСООН.
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).
(C
6H
10O
5)
п + nН
20 – nC
12H
22O
11.
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.]]>
