Функциональные свойства целлюлоз, гемицеллюлоз и пектиновых веществ

Целлюлоза — моноглюкан, состоящий из линейных цепей p-D-(l,4)-глюкопиранозных единиц. Исключительная линейность целлюлозы дает возможность молекулам ассоциировать, что имеет место в деревьях и дру­гих растениях. Целлюлоза имеет аморфные и кристаллические области, и именно аморфные зоны подвергаются воздействию растворителей и химических реагентов.

При производстве пищевых продуктов находит применение микро­кристаллическая целлюлоза, для получения которой используют кислот­ный гидролиз целлюлозы. В этом случае аморфные области гидролизованы кислотой, остаются только небольшие кислотоустойчивые облас­ти. Этот продукт используется как наполнитель и реологический компо­нент в низкокалорийных пищевых продуктах. Наиболее широко используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Ее получают обработкой целлюлозы щелочью и хлоруксусной кислотой. Путем алкилирования могут быть получены другие производные цел­люлозы с хорошими набухающими свойствами и повышенной раствори­мостью. Метилцеллюлозу получают действием метилхлорида на целлюлозу в щелочной среде.

Роль модифицированных целлюлоз:

1. Роль загустителя в начинках, пудин­гах, мягких сырах, фруктовых желе.

2. Удерживает влагу в пекарских изделиях, мороженом, мороженных десертах, она ингибирует рост кристаллов.

3. Замедляет рост кристаллов при хранении кондитерских изделий, глазури, сиропов.

4. Она способствует ста­билизации эмульсий в соусах и салатных приправах.

5. В низкокалорийных напитках, насыщенных С0₂, она способствует сохранению диоксида углерода.

Гемицеллюлозы: в пищевых продуктах — ксилан. Этот по­лимер состоит в основном из p-D-(1,4)-ксилопиранозильных единиц, ча­сто содержит p-L-арабинофуранозильные боковые цепи от третьей по­зиции нескольких D-ксилозных колец. Другие типичные составляющие — метиловые эфиры D-глюкуроновой кислоты, D- и L-галактоза, аце­тильные эфирные группы.

Роль:

1. При приготовлении пше­ничного теста они улучшают качество замеса, уменьшают энергию пере­мешивания, участвуют в формировании структуры теста, в частности формировании клейковины, что в итоге оказывает благоприятное дей­ствие для получения хорошего объема хлеба.

2. Гемицеллю­лозы тормозят черствение хлеба, т.к. способны связывать воду.

3. Повышают сокращения кишечника.  

Пектиновые вещества. В растительной клетке пектин выполняет функцию структурирующего агента в центральном слое клеточной стенки. Кроме того, благодаря своей сильной способности к набуханию и своему кол­лоидному характеру пектин регулирует водный обмен растений. Назва­ние «пектин» происходит от греческого слова «пектос», что означает «желированный», «застывший».

Роль. 1. Применение благодаря прекрасным желирующим при производстве пищевых продуктов — кондитерских изделий, фруктовых желе, джемов.

2. Кроме того, пектин обладает детоксицирующими свойства­ми, т. к. способен связывать токсичные элементы и радионуклиды и вы­водить их из человеческого организма. Это делает пектин и пектинсодержащие продукты ценной добавкой при производ­стве пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения.

Лекция 5. Превращения углеводов пищевого сырья при производстве хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий. Роль данных реакций в формировании органолептических свойств готовой продукции

1. Реакции гидролиза в пищевом производстве

2. Реакции дегидратации и термической деградации углеводов

3. Реакции образования коричневых продуктов

4. Процессы брожения и окисления углеводов при производстве продуктов питания

1. РЕАКЦИИ ГИДРОЛИЗА В ПИЩЕВОМ ПРИЗВОДСТВЕ:

Гидролиз крахмала.

а) под действием кислот – вначале ослабевают и рвутся ассоциативные связи между макромолекулами амилозы и амилопектина. Это сопровождается нарушением структуры крахмальных зерен и образованием гомогенной массы. Далее происходит разрыв α-Д (1-4) и α-Д (1-6) связей с присоединением по месту разрыва молекулы воды. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. На промежуточных стадиях образуются декстрины, тетра-, трисахариды, мальтоза.

б) Ферментативный гидролиз крахмала под действием амилолитических ферментов – α- и β-амилазы, глюкоамилазы, поллиназы и д.р.

Ферментативный гидролиз крахмала имеет место во многих пищевых технологиях, т.к. обеспечивает качество продуктов:

- в хлебопечении – процесс тестоприготовления и выпечка хлеб;

 - производство пива – получение пивного сусла, сушка солода;

- производство кваса – получение квасных хлебцев;

- производство спирта – подготовка сырья для брожения.

Схему гидролиза крахмала α-амилазой (эндофермент, т.к. действует на крахмальную молекулу из нутрии, разбивая на бороздки и фрагменты) можно предста­вить так:

α -амилаза крахмал-------------- а-декстрины + мальтоза + глюкоза

(много)           (мало)        (мало)

Рис. 2 Схема гидролиза крахмала α-амилазой

β-Амилаза (а-1,4-глюканмальтогидролаза) является экзоамилазой, проявляющей сродство к предпоследней а-(1,4)-связи с нередуцирую­щего конца линейного участка амилозы или амилопектина (т,е отрывает дисахарид – мальтозу от конца). В отличие от а-амилазы, β -амилаза практически не гидролизует нативный крахмал;

Рис. 3. Схема гидролиза крахмала ферментом ß –амилаза

глюкоамилаза (α-(1,4)-глюканглюкогидролаза – экзофермент, катализирует отщепление остатков глюкозы от нередуцирующего конца.Может действивать на 1-4 и 1-6 связи.

Гидролиз сахарозы. Сахароза как сырье используется во многих пищевых производствах, поэтому надо учитывать ее способность к гидролизу.

Гидролиз имеет место при нагревании в присутствии небольшого количества пищевых кислот. Образующиеся восстанавливающие сахара (глюкоза, фруктоза) могут участвовать в различных реакциях: дегидратация, карамелизация, меланоидинообразования и др. Часто эти процессы нежелательны.

Ферментативный гидролиз под действием β-фруктофуранозидазы (сахараза, инвертаза) играет положительную роль в ряде пищевых технологий. В результате реакции гидролиза образуются глюкоза и фруктоза.

В кондитерском производстве добавление фермента предупреждает очерствение конфет, в хлебопечении – способствует улучшению аромата. Инвертные сиропы (смеси глюкозы и фруктозы в соотношении 1:1), получают действием β-фруктофуранозидазы на сахарозу, используют при производстве безалкогольных напитков.

Гидролиз пектина осуществляют пектолитические ферменты.

Растворимый пектин переходит из нерастворимого пектина в растворимое состояние при действии фермента протопектиназа или в присутствии разбавленных кислот. При этом пектин отщепляется от гемицеллюлозы или других связывающих компонентов. Растворимый пектин способен в кислой среде и в присутствии сахара образовывать желе и гели;

Пектовые кислоты образуются из растворимого пектина при действии фермента пектаза (пектинэстереза) или в присутствии разбавленных щелочей, при этом пектовая кислота теряет способность образовывать желе и гели. В результате действия фермента пектаза от растворимого пектина отщепляется метиловый спирт. Ферментативный гидролиз пектина можно представить в виде схемы:

                                     протопектиназа                          пектинэстераза

НЕРАСТВОРИМЫЙ ПЕКТИН → РАСТВОРИМЫЙ ПЕКТИН →

→ ПЕКТОВАЯ КИСЛОТА + МЕТИЛОВЫЙ СПИРТ

Гидролиз гемицеллюлоз осуществляют цитолитические ферменты, которые включают эндо-ß- глюканазу, арабинозидазу и ксиланазу. Гемицеллюлозы не способны растворяться в воде, значительно затрудняют гидролиз крахмала.При действии фермента эндо-ß- глюканаза отщепляется остаток глюкозы, при действии фермента арабинозидаза отщепляется остаток арабинозы, а при действии фермента ксилоназа отщепляется остаток ксилозы. При частичном гидролизе гемицеллюлозы образуются гуммивещества или амиланы, которые имеют меньшую молекулярную массу, растворяются в воде, образуя вязкие растворы. От степени гидролиза гемицеллюлоз зависит скорость гидролиза крахмала при осахаривании солода в производстве пива, длительность фильтрации затора.