Лекция №11 Сахара и их изменения при кулинарной обработке

План:

1.Значение углеводов в питании.

2.Кислотный и ферментативный гидролиз дисахаридов.

3.Глубокий распад сахаров: при брожении, карамелизации, меланоидинообразовании.

1.Углеводы — широко распространенные в природе органи-
ческие вещества. Они составляют значительную часть тканей рас-
тительного происхождения (80...90 % сухого вещества). В тканях
животного происхождения содержится не более 2 % углеводов.

Зеленые растения обладают способностью синтезировать
углеводы из углекислоты и воды при поглощении световой энер-
гии, создавая высокомолекулярные вещества с высоким содер-
жанием химической энергии. Таким образом растения накапли-
вают огромные запасы органической материи на земле.

Углеводы преобладают в пище человека. Они служат основ-
ным источником необходимой организму энергии (при окисле-
нии в организме 1 r углеводов выделяется 3 75 ккал теплоты).

В качестве источника углеводов выступают главным образом
продукты растительного происхождения — хлеб, крупа, карто-
фель, овощи, фрукты, ягоды.

Углеводы подразделяют на три основных класса: моносахари-
ды, или простые сахара, представляющие собой основные струк-
турные единицы — мономеры; олигосахариды, содержащие
относительно небольшое количество моносахаридных единиц;
полисахариды — высокомолекулярные вещества, состоящие из
сотен и тысяч моносахаридов.

Представители наиболее распространенных моносахаридов -
глюкоза, фруктоза, галактоза; олигосахаридов — дисахарид саха-
роза (свекловичный или тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар) и трисахарид — раффиноза. К полисахаридам относятся крахмал, клетчатка, гликоген, пектиновые вещества и др.

Моносахариды сладки на вкус и растворимы в воде. Сладость
сахаров различна. Если сладость сахарозы принять за 100, то сла-
дость фруктозы составит 173, инвертного сахара 130, глюкозы 74,
галактозы 32, раффинозы 23, лактозы 16. Полисахариды трудно-
растворимы или нерастворимы в холодной воде и не обладают
сладким вкусом.

Глюкоза, фруктоза и сахароза. Эти сахара легко усваиваются организмом. Первые два содержатся в свободном виде в
плодах и овощах.

Сахароза под действием ферментов и кислот распадается на
равные количества глюкозы и фруктозы.

Гликоген. Из сложных углеводов животного происхожде-
ния наибольшее значение имеет гликоген. Он откладывается в
основном в печени (2...10 %) и служит запасным питательным
веществом. Из гликогена постепенно освобождается и поступает
в кровь глюкоза, которая служит источником углеводов для всех
тканей.

Крахмал. В дневном рационе этот наиболее важный для
человека углевод обычно составляет 80...85 % общего количества
углеводов.

Пектиновые вещества. Среди высокомолекулярных
углеводов важная роль принадлежит и таким полисахаридам, как
пектиновые вещества. Их свойства имеют существенное значе-
ние для образования структуры пищевых продуктов и использу-
ются при изготовлении желированных изделий (студни, фрукто-
вые желе и т. д.).

В растительных тканях содержатся нерастворимые в воде
протопектины. При гидролизе протопектины образуют высоко-
молекулярные пектиновые кислоты.

Протопектины обеспечивают связь между клетками в расти-
тельной ткани. Основная масса их находится в срединных пла-
стинках, склеивающих клетки в сыром продукте. Пектиновые
вещества играют важную роль в создании плотной мякоти.

Физико-химические и биохимические изменения, происхо-
дящие с углеводами в процессе технологической обработки про-
дуктов, существенно влияют на качество готовых изделий.

В процессе технологической обработки пищевых продуктов
сахара могут подвергаться кислотному и ферментативному гид-
ролизу, а также глубоким изменениям, связанным с образовани-
ем окрашенных веществ (карамелей и меланоидинов).

2.Гидролиз дисахаридов. Дисахариды гидролизуется под действием как кислот, так и ферментов.

Кислотный гидролиз имеет место в таких технологических процессах, как варка плодов и ягод в растворах сахара различ­ной концентрации (приготовление компотов, киселей, фруктово-ягодных начинок), запекание яблок, уваривание сахара с какой-либо пищевой кислотой (приготовление помадок).

Если готовить сахарные сиропы высокой концентрации (для
помад) в присутствии кислоты или фермента инвертазы, то из са-
харозы образуются не только глюкоза и фруктоза, но и продукты
их преобразования. В сиропе при получении инвертного сахара в
присутствии фермента инвертазы обнаруживаются соединения
фруктозы с сахарозой (кестоза), которые предохраняют сироп от
засахаривания. Сироп, полученный в результате кислотного гид-
ролиза сахарозы, засахаривается быстрее, чем сироп, приготов-
ленный с инвертазой.

Степень инверсии сахарозы зависит от вида кислоты, ее концентрации, продолжительности нагрева. В плодах и ягодах содержатся главным образом лимонная и яблочная кислоты. Первая количественно преобладает в ягодах, вторая- в семечковых и косточковых плодах. Цитрусовые содержат одну лимонную кислоту. Для приготовления кондитерской помадки используется обычно лимонная кислота, а при ее отсутствии - уксусная. Инверсионная способность различных органических кислот при одних и тех же условиях неодинакова. Она зависит от силы кислоты, т.е. константы ее диссоциации; скорость же реакции гидролиза сахарозы пропорциональна концентрации водородных ионов в среде.

Инверсионная способность лимонной, яблочной и уксусной кислот меньше, чем щавелевой соответственно в 11,15 и 50 раз. Степень инверсии сахарозы в различных кулинарных изделиях зависит от продолжительности теплового воздействия, вида и концентрации кислоты. При запекании яблок в жарочном шкафу без добавления сахара инвертируется около половины содержащейся в них сахарозы. Из овощей с более или менее значительным содержанием сахарозы тепловой обработке подвергаются морковь и свекла. Кислотность их значительно меньше, чем у плодов и ягод, рН =6,3-6,7. В свободном состоянии в них имеется только одна яблочная кислота. Благодаря малой кислотности клеточного сока при варке корнеплодов, продолжающейся сравнительно долго ( свекла варится до 80 мин.), инверсии сахарозы не наблюдается. Ферментативному гидролизу подвергаются сахароза и мальтоза при брожении и в начальный период выпечки дрожжевого теста. Сахароза под воздействием фермента сахаразы расщепляется на глюкозу и фруктозу, а мальтоза под действием фермента мальтазы — до двух молекул глюкозы.

3. Брожение. Глубокому распаду при брожении дрожжевого теста подвергаются моносахариды (глюкоза и фруктоза ), содержащиеся в муке и образующиеся в тесте в результате гидролиза сахарозы и мальтозы. В дрожжевом тесте основную роль играет спиртовое брожение. Под действием ферментов дрожжей сахара превращаются в спирт и углекислый газ, последний разрыхляет тесто. Кроме углекислый газа и этилового алкоголя, при спиртовом брожении в незначительных количествах образуются побочные продукты: янтарная кислота, сивушные масла, уксусный альдегид, глицерин и др. Дисахариды ( сахароза и мальтоза) непосредственно не подвергаются брожению. Они сбраживаются лишь после предварительного гидролиза на составляющие их моносахариды. Глубокий распад гексоз происходит также в процессе молочнокислого брожения, сопутствующего спиртовому. Молочнокислое брожение вызывается попадающими в тесто с мукой гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями. Первые из них сбраживают гексозы с образованием молочной кислоты, а вторые кроме молочной кислоты, образуют значительные количества уксусной кислоты, этилового спирта и других продуктов.

Карамелизация. Нагревание сахаров при температурах,
превышающих 100 'С, в слабокислой и нейтральной средах при-
водит к образованию сложной смеси продуктов, свойства и со-
став которой изменяются в зависимости от степени воздействия
среды, вида и концентрации сахара, условий нагревания и т. д.

Наиболее изучен механизм превращения глюкозы. Нагрева-
ние глюкозы в слабокислой и нейтральных средах вызывает де-
гидратацию сахара с выделением одной или двух молекул воды.
Ангидриды сахаров могут соединяться друг с другом или с неизменным сахаром и образовывать так называемые продукты ре-
версии (конденсации). Под продуктами реверсии, образующи-
мися при разложении сахаров, понимают соединения с большим
числом глюкозных единиц в молекуле, чем у исходного сахара.

Последующее тепловое воздействие вызывает выделение
третьей молекулы воды с образованием оксиметилфурфурола,
который при дальнейшем нагревании может распадаться с раз-
рушением углеводного скелета и образованием муравьиной и
левулиновой кислот или образовывать конденсированные (окра-
шенные) соединения.

Промежуточным продуктом при образовании левулиновой
кислоты из оксиметилфурфурола может быть δ-оксилевулино-
вый альдегид.

Вода, присутствующая в растворах сахаров, способствует их
необратимым изменениям. Уменьшение количества свободной
воды при реакции разложения приводит к появлению значитель-
ных количеств продуктов реверсии (конденсации).

По мере нагревания сухой сахарозы отщепляется все больше
молекул воды, в результате чего образуется большое количество
продуктов разложения, в том числе производных фурфурола,
альдегидов, акролеина, углерода диоксида, смеси ангидридов.

При отщепление от молекул сахарозы двух молекул воды об-
разуется карамелан (C₁₂H₁₈O₉) - вещество светло-соломенного
цвета, растворяющееся в холодной воде. При отщепление от трех
молекул сахарозы восьми молекул воды образуется карамелен
(C₃₆H₅₀O₂₅) ярко-коричневого цвета с рубиновым оттенком. Кара-
мелен растворяется в холодной и кипящей воде. Более сильное
обезвоживание нагреваемой массы приводит к образованию тем-
но-коричневого вещества — карамелина (C₂₄H₃₀O₁₅), которое рас-
творяется только в кипящей воде. При длительном нагревании об-
разуются гуминовые вещества, растворимые только в щелочах.

Продукты карамелизации сахарозы представляют собой
смесь веществ различной степени полимеризации, поэтому де-
ление их на карамелен, карамелан, карамелин условное; все эти
вещества можно получить одновременно. На этом основании со-
став различных продуктов карамелизации сахарозы выражают
формулой С_m(Н₂О)n. Под влиянием пиролиза меняется их отно-
шение т: n — от 1,09 (у сахарозы) до 3,0. По достижении значе-
ния 1,3 продукты карамелизации сахаров приобретают темную
окраску. Некоторые продукты распада обладают повышенной
люминесценцией, а иногда и горьким вкусом. Свойства красящих веществ, образующихся из сахарозы или гексоз, не зависят
от вида сахара, из которого они получены.

Продукты карамелизации сахарозы могут образовывать соли
и комплексные соединения с железом и некоторыми другими
металлами. Подобно сахарам они реагируют с аминокислотами и
обладают редуцирующей способностью.

В процессе производства кулинарных и кондитерских изде-
лий, содержащих сахара, все перечисленные изменения могут
протекать одновременно, а конечный продукт — представлять
собой смесь веществ. Состав этой смеси зависит от многих фак-
торов, основной из которых — термоустойчивость сахаров.

Нагревание 4 — 0-замешенных производных глюкозы (мальто-
за, лактоза) до высокой температуры (карамелизация) приводит
к появлению веществ, влияющих на образование аромата. К та-
ким соединениям относится мальтол. При наличии аминокислот
это вещество образуется в большом количестве. Мальтол усили-
вает сладкий вкус, поэтому его используют при производстве
кондитерских изделий, а также в составе подслащивающих ве-
ществ, заменяющих сахар. Для ароматизации применяют и ме-
тилциклопентанолы с преобладающим сладким (лакричным)
вкусом. В процессе карамелизации образуются и другие компо-
ненты с подобными свойствами.

Меланоидинообразование. При взаимодействии альде-
гидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, аминокис-
лот образуются различные карбонильные соединения и темно-
окрашенные продукты - меланоидины. Реакция впервые была
описана в 1912 г. Майером и названа его именем.

Наиболее известен механизм реакций, предложенный Хо-
джем семь основных типов реак-
ций, которые можно подразделить на три последовательно про-
текающие стадии.

Начальная стадия — образование бесцветных соединений, не
поглощающих свет: А — сахароаминная реакция, Б — перегруп-
пировка Амадори и образование 1-амино-1-дезокси-2-кетозы в
1,2-енольной форме. Эти стадии реакции невозможно обнару-
жить измерением оптической плотности в видимой и УФ-обла-
стях спектра.

Промежуточная реакция — образование бесцветных и слабо-
желтых продуктов. Еще до появления видимой цветности они
активно поглощают свет в ультрафиолетовой области спектра:
В — дегидратация сахаров; Г — разложение сахаров; Д — разло-
жение аминокислот (по Штекеру).

Конечная стадия характеризуется интенсивным нарастанием
цветности: Е — альдольная конденсация (реакция конденсации
альдегидов); Ж — альдегидаминная полимеризация, образование
гетероциклических азотистых соединений.

В результате реакции образуются также ароматические вкусо-
вые вещества, причем по сравнению с реакцией карамелизации в
данном случае преобладают летучие компоненты, значительно
влияющие на аромат

Общей для структурных соединений, образующихся в резуль-
тате реакции Майера, является группа СН₃— С = С — СО —.

ОН

Соединения, содержащие эту группу, обнаружены в пищевых
продуктах, подвергшихся обжариванию (хлеб, кофе, какао, со-
лод), при котором под воздействием высоких температур проис-
ходит неферментативное потемнение.

При термическом воздействии аромат образуется вследствие
расщепления аминокислот по Штрекеру — процесс окислитель
ного дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот в
альдегид (или кетон), содержащий на один атом углерода мень-
ше, чем исходная аминокислота.

Недостаточно изучены труднолетучие (например, горькие)
вещества реакции Майера, а также сложные по структуре веще-
ства с солодовым, карамелеобразным, хлебоподобным, горьким
или «пригорелым» ароматом.

Сравнительно простую структуру имеют другие вещества, об-
разующиеся в процессе покоричневения, — пиразины, среди ко-
торых преобладают короткоцепочные соединения.

Пиразины в миллионных долях содержатся в продуктах, ко-
торые подвергались обжариванию (жареное мясо, хрустящий
картофель, кофе, какао и др.).

На конечной стадии меланоидинообразования наблюдается
сложное сочетание различных реакций полимеризации, приво-
дящих к образованию как растворимых, так и нерастворимых (на
последних этапах) красящих веществ, являющихся ненасыщен-
ными флюоресцирующими полимерами.

Продукты реакций меланоидинообразования оказывают раз-
личное влияние на органолептические свойства готовых изде-
лий: заметно улучшают качество жареного и тушеного мяса, кот-
лет, но ухудшают вкус, цвет и запах бульонных кубиков, мясных
экстрактов и других концентратов.

Продукты реакции Майера обусловливают аромат сыра, све-
жевыпеченного хлеба, обжаренных орехов. Образование тех или
иных ароматических веществ зависит от природы аминокислот,
вступающих в реакцию с сахарами, а также от стадии реакции.
Каждая аминокислота может образовывать несколько веществ,
участвующих в формировании аромата пищевых продуктов.

Следствием меланоидинообразования являются нежелатель-
ные потемнение и изменение аромата и вкуса в процессе нагре-
вания плодовых сока, джемов, желе, сухих фруктов и овощей,
что приводит к увеличению содержания альдегидов и потере
некоторых аминокислот и сахаров.

При невысоких температурах реакции протекают медленно,
при температурах, близких к 100 'С и выше, — ускоряются. Что-
бы задержать нежелательные изменения, используют соедине-
ния, легко связывающиеся с карбонильными группами, такие,
как, например, водорода пероксид, сернистая кислота. Блоки-
ровка этих реакций может быть осуществлена путем устранения
одного из взаимодействующих соединений, например глюкозы,
или добавления фермента глюкозооксидазы, что используют при
производстве яичного порошка.

Чем выше интенсивность образования коричневой окраски,
тем ниже пищевая ценность белковых продуктов. В результате
теряется от 20 до 50 % свободных аминокислот, причем с увели-
чением продолжительности нагревания эти потери возрастают.

В овощах темная окраска различной интенсивности образует-
ся в зависимости от присутствия тех или иных аминокислот и
сахаров. С глюкозой наиболее интенсивное потемнение дает ли-
зин, затем триптофан и аргинин и наименьшее — глютаминовая
кислота и пролин.

Процесс обжаривания продуктов сопровождается, с одной
стороны, снижением пищевой ценности готового продукта в
связи с потерями им ценных пищевых веществ, с другой — улуч-
шением его органолептических свойств.

Считается весьма перспективным использование меланоиди-
новых препаратов для имитации цвета, вкуса и запаха жареных
продуктов, так как это позволяет исключить процессы жарки.

Изучение реакций меланоидинообразования позволило улуч-
шить технологический процесс изготовления некоторых пище-
вых продуктов. Так, для улучшения вкусовых свойств пива вме-
сто жженого солода рекомендуется препарат из солодовых рост-
ков. Получен также препарат, напоминающий по цвету и запаху
порошок из сушеных грибов.

В настоящее время для приготовления и разогревания гото-
вых блюд используют сверхвысокочастотные печи (СВЧ-печи),
что позволяет значительно сокращать потери ценных пищевых
веществ в готовых блюдах, но при этом последние имеют вкус,
цвет и запах, свойственные изделиям, приготовленным на пару.
Отсутствие у этих блюд вкуса, аромата и цвета жареных изделий,
возбуждающих аппетит, может быть с успехом восполнено мела-
ноидиновыми препаратами.

Пищевая ценность продуктов, как известно, определяется и та-
кими важными физиологическими свойствами, как усвояемость и
способность воздействовать на секреторную деятельность желудка.

Контрольные вопросы.