Функции полисахаридов в пищевых продуктах

Структурно-функциональные свойства полисахаридов.

Полисахариды пищевых продуктов выполняют важную функцию обеспечения их качества и текстуры: твердости, хрупкости, плотности, загустевания, вязкости, липкости, гелеобразующей способности, ощущения во рту. Именно благодаря полисахаридам образуется структура пищевого продукта – мягкая или хрупкая, набухшая или желеобразная.

Полностью линейные молекулы полисахаридов, например, целлюлозы, не растворимы в воде. Здесь цепи полностью растянуты и могут тесно примыкать друг к другу вдоль всей длины, не давая возможности связаться воде.

В ряде случаев каждая полисахаридная молекула участвует в двух или более зонах соединения, образуя трехмерную сетку с включением молекул воды – гель. Гели образуются при быстром охлаждении концентрированных амилозных крахмальных клейстеров.

Слабые гели имеют небольшую протяженность зон связывания и слабые силы, удерживающие цепи соседних молекул. Такие гели термически не стабильны.

Твердые гели имеют большую протяженность зон связывания и достаточно сильные связи между молекулами. Они термостабильны.

Силой гелей можно управлять, контролируя зоны связывания.

Разветвленные полисахариды (амилопектин) или гетерополигликаны не могут тесно располагаться друг к другу и образовывать гель. Такие молекулы образуют вязкие стабильные растворы. Заряженные полисахариды, содержащие СООН-группы, не могут образовать зоны связывания цепей друг с другом из-за отрицательного заряда.

Все растворимые полисахариды дают вязкие растворы из-за большого размера их молекул. Вязкость зависит от размера молекулы, формы и заряда.

Как правило, растворы линейных полисахаридов имеют бόльшую вязкость, чем разветвленных. Это объясняется тем, что все линейные молекулы, независимо от заряда, требуют для вращения больше пространства, чем высокоразветвленные с той же молекулярной массой.

Присутствие сахара приводит к образованию геля (например, в пектине), т.к. сахар связывает молекулы воды, которые теперь не могут взаимодействовать с полисахаридами. В связи с этим полисахаридные молекулы сворачиваются из-за образования водородных связей – происходит желирование.

Крахмал – растительный полисахарид сложного строения, состоит из амилозы (15-30%) и амилопектина (70-85%). Важный компонент пищевых продуктов; выполняет роль загустителя и связывающего агента; используется при выработке пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонез.

Модифицированные крахмалы (клейстерированные, кислотно-модифицированные, этерифицированные, сшитые) используются в целом ряде производств.

Целлюлоза состоит из линейных цепей β-D-(1,4)-глюкопиранозных единиц.

▲ При производстве пищевых продуктов используется микро-кристаллическая целлюлоза (МКЦ), получаемая кислотным гидролизом целлюлозы. Используется МКЦ как наполнитель и реологический компонент в низкокалорийных пищевых продуктах.

▲ Обработкой целлюлозы щелочью и хлоруксусной кислотой получают Na-соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ):

NaКМЦ нетоксична, усваивается организмом, имеет хорошие реологические свойства, широко используется (особенно за рубежом) как загуститель в начинках, пудингах, мягких сырах, фруктовых желе.NaКМЦ способна удерживать влагу, поэтому используется в пекарских изделиях, мороженом, других замороженных десертах, где она ингибирует рост кристаллов сахара в кондитерских изделиях, глазури и сиропах; стабилизирует эмульсии в соусах и приправах; используется в составе низкокалорийных продуктов; способствует сохранения СО₂ в газированных напитках.

▲ Метилцеллюлозу получают действием на целлюлозу метилхлорида в щелочной среде. С ростом температуры вязкость метилцеллюлозы снижается; гелеобразование происходит при определенной температуре; организмом не усваивается. В пищевых продуктах выполняет роль водоудерживающего агента, ингибитора синерезиса (замороженные продукты), умягчителя и стабилизатора эмульсий (соусы, приправы); наполнителя для низкобелковых пищевых продуктов; улучшает текстуру и структуру изделий; используется в составе съедобных оболочек.

Гемицеллюлозы – полисахариды, не усваиваемые человеком. Основная гемицеллюлоза в пищевых продуктах – ксилан, состоящий из β-D-(1,4)-ксилопиранозных единиц, часто содержит β-L-арабинофуранозильные боковые цепи, а также метиловые эфиры D-глюкуроновой кислоты, D- и L- галактозу.

Гемицеллюлозы связывают воду, улучшают качество замеса при приготовлении пшеничного теста, уменьшают энергию перемешивания, участвуют в формировании структуры теста, в частности в формировании клейковины, тормозя черствение хлеба.

Гемицеллюлозы, как пищевые волокна, способны снизить риск сердечнососудистых заболеваний и рака прямой кишки; для диабетиков – снизить потребность в инсулине.

Пектиновые вещества относятся к пищевым волокнам и благодаря известным свойствам используются при производстве пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения. Пектин обладает прекрасным желирующим свойством и широко используется при выработке кондитерских изделий, фруктовых желе и джемов.

Желирование пектинов зависит от степени этерификации (СЭ).

Пектин с СЭ = 50% лучше всего образуют гели при концентрации 1%.

Желирование высокоэтерифицированных пектинов – ВЭП (СЭ > 50%) происходит при добавлении сахара, вызывающего дегидратацию пектиновых молекул и их сближение, а также при снижении рН, когда подавляется диссоциация свободных СООН-групп и тем самым снижается электростатическое отталкивание цепей пектина. Этот процесс назван «сахарно-кислотным» желированием. Протекает оно при содержании сухих веществ в среде не менее 55% и рН 3.

Для желирования низкоэтерифицированных пектинов – НЭП (СЭ < 50%) не обязательно присутствие сахара, но бивалентные катионы (например, Са⁺⁺) должны быть. Ионы Са⁺⁺ образуют кальциевые мостики между молекулами пектина. Однако, передозировка Са приводит к тесному сближению пектиновых цепочек и пространственная структура не образуется. Кроме того, может выпасть осадок пектата Са. Низкоэтерифицированный пектин менее чувствителен к рН; используется в безсахарных и низкосахарных диетических джемах и желе. Добавление 10-20% сахара улучшает структуру геля из НЭП.

Влияние пектина на образование геля показано в табл.:

Желирование пектинов зависит также от молекулярной массы, распределения рамнозы по цепи пектина, наличия ацетильных групп, которые мешают образованию геля.