Углеводы

В пищевых продуктах содержатся моносахариды (глюко­за, фруктоза), олигосахариды (ди- и трисахароза — мальтоза, лактоза и др.), полисахариды (крахмал, целлюлоза, гемицеллюлозы, гликоген) и близкие к углеводам пектиновые вещества.

Изменения сахаров. В процессе изготовления различных кулинарных изделий часть содержащихся в них Сахаров рас­щепляется. В одних случаях расщепление ограничивается гид­ролизом дисахаридов, в других — происходит более глубокий распад Сахаров (процессы брожения, карамелизации, мелано-идинообразования).

Гидролиз дисахаридов.Дисахариды гидролизуются 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). Саха­роза в водных растворах под влиянием кислот присоединяет молекулу воды и расщепляется на равные количества глюкозы и фруктозы (инверсия сахарозы). Образующийся инвертный сахар хорошо усваивается организмом, обладает высокой гигроскопичностью и способностью задерживать кристаллиза­цию сахарозы. Если сладость сахарозы принять за 100%, то для глюкозы этот показатель составит 74%, а для фруктозы — 173%. Поэтому следствием инверсии является некоторое повы­шение сладости сиропа или готовых изделий.

Степень инверсии сахарозы зависит от вида кислоты, ее концентрации, продолжительности нагрева. Органические кис­лоты по инверсионной способности можно расположить в сле­дующем порядке: щавелевая, лимонная, яблочная и уксусная.

В кулинарной практике, как правило, используют уксусную и лимонную кислоты, первая слабее щавелевой кислоты в 50, вторая — в 11 раз.

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. Оба фермента содержатся в дрожжах. Сахароза добавляется в тесто в соот­ветствии с его рецептурой, мальтоза образуется в процессе гидролиза из крахмала. Накапливающиеся моносахариды уча­ствуют в разрыхлении дрожжевого теста.

Брожение.Глубокому распаду подвергаются сахара при брожении дрожжевого теста. Под действием ферментов дрож­жей сахара превращаются в спирт и углекислый газ, после­дний разрыхляет тесто. Кроме того, под действием молочно­кислых бактерий сахара в тесте превращаются в молочную кислоту, которая задерживает развитие гнилостных процес­сов и способствует набуханию белков клейковины.

Карамелизация.Глубокий распад Сахаров при нагревании их выше температуры плавления с образованием темноокрашенных продуктов называется карамелизацией. Темпе­ратура плавления фруктозы 98—102°С, глюкозы — 145—149, сахарозы — 160—185°С. Происходящие при этом процессы слож­ны и еще недостаточно изучены. Они в значительной степени зависят от вида и концентрации сахара, условий нагревания, рН среды и других факторов.

В кулинарной практике чаще всего приходится иметь дело с карамелизацией сахарозы. При нагревании ее в ходе техно­логического процесса в слабокислой или нейтральной среде происходит частичная инверсия с образованием глюкозы и фрук­тозы, которые претерпевают дальнейшие превращения. На­пример, от молекулы глюкозы может отщепиться одна или две молекулы воды (дегидратация), а образовавшиеся продукты (ангидриды) соединиться друг с другом или с молекулой саха­розы. Последующее тепловое воздействие может привести к выделению третьей молекулы воды с образованием оксиметил-фурфурола, который при дальнейшем нагревании может рас­падаться с образованием муравьиной и левулиновой кислот или образовывать окрашенные соединения. Окрашенные соедине­ния представляют собой смесь веществ различной степени полимеризации: карамелана (вещество светло-соломенного цве­та растворяющееся в холодной воде), карамелена (вещество ярко-коричневого цвета с рубиновым оттенком, растворяющиеся и в холодной, и в кипящей воде), карамелина (вещество темно-коричневого цвета, растворяющееся только в кипящей воде) и др., превращающуюся в некристаллизующуюся мас­су (жженку). Жженку используют в качестве пищевого краси­теля.

Карамелизация Сахаров происходит при подпекании лука и моркови для бульонов, при запекании яблок, при приготов­лении многих кондитерских изделий и сладких блюд.

Меланоидинообразование.Под меланоидинообразованием понимают взаимодействие восстанавливающих сахаров (моносахариды и восстанавливающие дисахариды, как содержащиеся в самом продукте, так и образующиеся при гидролизе более сложных углеводов) с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию темноокрашенных продуктов — меланоидинов (от гр. Melanos — темный). Этот процесс называют также реакцией Майара, по имени ученого, который в 1912 г. впервые его описал.

Реакция меланоидинообразования имеет большое значе­ние в кулинарной практике. Ее положительная роль состоит в следующем: она обусловливает образование аппетитной короч­ки на жареных, запеченных блюдах из мяса, птицы, рыбы, выпечных изделиях из теста; побочные продукты этой реак­ции участвуют в образовании вкуса и аромата готовых блюд. Отрицательная роль реакции меланоидинообразования заклю­чается в том, что она вызывает потемнение фритюрного жира, фруктовых пюре, некоторых овощей; снижает биологическую ценность белков, поскольку связываются аминокислоты.

В реакцию меланоидинообразования особенно легко всту­пают такие аминокислоты, как лизин, метионин, которых чаще всего недостает в растительных белках. После соедине­ния с сахарами эти кислоты становятся недоступными для пи­щеварительных ферментов и не всасываются в желудочно-кишечном тракте. В кулинарной практике часто нагревают молоко с крупам, овощами. В результате взаимодействия лак­тозы и лизина биологическая ценность белков готовых блюд снижается.

Изменения крахмала. Строение крахмального зерна и свойства крахмальных полисахаридов.В значительных количествах крахмал содержится в крупе, бобовых, муке, мака­ронных изделиях, картофеле. Находится он в клетках расти­тельных продуктов в виде крахмальных зерен разной величи­ны и формы. Они представляют собой сложные биологические образования, в состав которых входят полисахариды (амилоза и амилопектин) и небольшие количества сопутствующих им веществ (кислоты фосфорная, кремневая и др., минеральные элементы и т. д.). Крахмальное зерно имеет слоистое строение (рис. 1.3). Слои состоят из частиц крахмальных полисахаридов, радиально расположенных и образующих зачатки кристалли­ческой структуры. Благодаря этому крахмальное зерно обла­дает анизотропностью (двойным лучепреломлением).

Образующие зерно слои неоднородны: устойчивые к на­греванию чередуются с менее устойчивыми, более плотные — с менее плотными. Наружный слой более плотный, чем внутренние, и образует оболочку зерна. Все зерно пронизано порами и благодаря этому способно поглощать влагу. Большинство видов крахмала содержит 15—20% амилозы и 80—85% амилопектина. Однако крахмал восковидных сортов кукурузы, риса и ячменя состоит в основном из амилопектина, а крахмал некоторых сортов кукурузы и гороха содержит 50—75% ами­лозы.

Молекулы крахмальных полисахаридов состоят из остат­ков глюкозы, соединенных друг с другом в длинные цепи. В молекулы амилозы таких остатков входит в среднем около 1000. Чем длиннее цепи амилозы, тем она хуже растворяется. В молекулы амилопектина остатков глюкозы входит значительно больше. Кроме того, в молекулах амилозы цепи прямые, а у амилопектина они ветвятся. В крахмальном зерне молекулы полисахаридов изогнуты и расположены слоями.

Широкое использование крахмала в кулинарной практи­ке обусловлено комплексом характерных для него технологи­ческих свойств: набуханием и клейстеризацией, гидролизом, декстринизацией (термическая деструкция).

Набухание и клейстеризация крахмала. Набухание — одно из важнейших свойств крахмала, которое влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий.

При нагревании крахмала с водой (крахмальной суспен­зии) до температуры 50—55°С крахмальные зерна медленно поглощают воду (до 50% своей массы) и ограниченно набуха­ют. При этом повышения вязкости суспензии не наблюдается. Набухание это обратимо: после охлаждения и сушки крахмал практически не изменяется.

При нагревании от 55 до 800С крахмальные зерна воды поглощают большее количество воды, увеличиваются в объеме в несколько раз, теряют кристаллическое строение, а следовательно, анизотропность. Крахмальная суспензия превращается в клейстер. Процесс его образования называется клейстеризацией. Таким образом, клейстеризация – это разрушение нативной структуры крахмального зерна, сопровождаемое набуханием.

Температура, при которой анизотропность большинства зерен разрушена, называется температурой клейстеризации. Температура клейстеризации разных видов крахмала неодинакова. Так, клейстеризация картофельного крахмала наступает при 55-650С, пшеничного- при 60-800С, кукурузного – при 60-800С.

Процесс клейстеризации крахмальных зерен идет поэтапно:

при 55-700С зерна увеличиваются в объеме в несколько раз, теряют оптическую анизотропность, но еще сохраняют слоистое строение; в центре крахмально зерна образуется полость («пузырек»); взвесь зерен в воде превращается в клейстер – малоконцентрированный золь амилозы, в котрром распределены набухшие зерна (первая стадия клейстеризации);

при нагревании выше 700С в присутствии значительного количества воды крахмального зерна увеличиваются в объеме в десятки раз, слоистая структура исчезает, значительно повышается вязкость системы (вторая стадия клейстеризации); на этой стадии увеличивается количество растворимой амилозы; раствор ее частично остается в зерне, а частично диффундирует в окружающую среду.

При длительном нагревании с избытком воды крахмальные пузырьки лопаются, и вязкость клейстера снижается. Примером этого в кулинарной практике является разжижение киселя в результате чрезмерного нагрева.

Крахмал клубневых растений (картофель, топинамбур) дает прозрачные клейстеры железообразной консистенции, а зерновых (кукуруза, рис, пшеница и др.) – непрозрачные, молочно-белые, пастообразной консистенции.

Консистенция клейстера зависит о количества крахмала: при содержании его о 2 до 5% клейстер получается жидким (жидкие кисели, соусы, супы-пюре); при 6-8% - густыми (густые кисели). Еще более густой клейстер образуется внутри клеток картофеля, в кашах, блюдах из макаронных изделий.

На вязкость клейстера влияет не только концентрация крахмала, но и присутствие различных пищевых веществ (сахаров, минеральных элементов, кислот, белков и др.). Так, сахароза повышает вязкость системы, соль снижает, белки оказывают стабилизирующие действие на крахмальные клейстеры.

При охлаждении крахмалосодержащих продуктов количество растворимой амилозы в них снижается в результате ретроградации (выпадение в осадок). При этом происходит старе­ние крахмальных студней (синерезис), и изделия черствеют. Скорость старения зависит от вида изделий, их влажности и температуры хранения. Чем выше влажность блюда, кулинар­ного изделия, тем интенсивнее снижается в нем количество водорастворимых веществ. Наиболее быстро старение проте­кает в пшенной каше, медленнее — в манной и гречневой. По­вышение температуры тормозит процесс ретроградации, по­этому блюда из крупы и макаронных изделий, которые хра­нятся на мармитах с температурой 70—80°С, имеют хорошие органолептические показатели в течение 4 ч.

Гидролиз крахмала. Крахмальные полисахариды способ­ны распадаться до молекул составляющих их Сахаров. Процесс этот называется гидролизом, так как идет с присоединени­ем воды. Различают ферментативный и кислотный гидролиз.

Ферменты, расщепляющие крахмал, носят название ами­лаз. Существуют два вида их:

α-амилаза, которая вызывает частичный распад цепей крахмальных полисахаридов с образованием низкомолекуляр­ных соединений — декстринов; при продолжительном гидро­лизе возможно образование мальтозы и глюкозы;

β-амилаза, которая расщепляет крахмал до мальтозы.

Ферментативный гидролиз крахмала происходит при изготовлении дрожжевого теста и выпечке изделий из него, варке картофеля и др. В пшеничной муке обычно содержится α-амилаза; мальтоза, образующаяся под ее влиянием, являет­ся питательной средой для дрожжей. В муке из проросшего зерна преобладает а-амилаза, образующиеся под ее воздей­ствием декстрины придают изделиям липкость, неприятный вкус.

Степень гидролиза крахмала под действием α-амилазы увеличивается с повышением температуры теста при замесе и в начальный период выпечки, с увеличением продолжительно­сти замеса. Кроме того, она зависит от крупности помола муки и степени повреждения крахмальных зерен. Чем больше по­врежденных зерен (чем тоньше помол муки), тем быстрее про­текает гидролиз (или ферментативная деструкция) крахмала.

В картофеле также содержится α-амилаза, превращаю­щая крахмал в мальтозу. Мальтоза расходуется на дыхание клубней. При температуре, близкой к 0°С, дыхание замедля­ется, мальтоза накапливается, и картофель становится слад­ким (подмороженный картофель). При использовании подморо­женный картофель рекомендуется выдержать некоторое время при комнатной температуре. В этом случае дыхание клуб­ней усиливается, сладковатость их уменьшается. Активность β -амилазы возрастает интервале от 35 до 40°С, при температуре 65°С фермент разрушается. Поэтому, если картофель пе­ред варкой залить холодной водой, то пока клубни прогреются, значительная часть крахмала успеет превратиться в мальтозу, она перейдет в отвар и потери питательных веществ увеличат­ся. Если же картофель залить кипящей водой, то β -амилаза инактивируется и потери питательных веществ будут меньше.

Кислотный гидролиз крахмала может происходить при нагревании его в присутствии кислот и воды, при этом образуется глюкоза. Кислотный гидролиз имеет место при вар­ке красных соусов, при варке киселей и длительном хранении их в горячем состоянии.

Декстринизация (термическая деструкция крахма­ла. Декстринизация — это разрушение структуры крах­мального зерна при сухом нагреве его свыше 120°С с образо­ванием растворимых в воде декстринов и некоторого количества продуктов глубокого распада углеводов (углекислого газа, окиси углерода и др.). Декстрины имеют окраску от светло-желтой до темно-коричневой. Разные виды крахмала обладают раз­личной устойчивостью к сухому нагреву. Так, при нагревании до 180°С разрушается до 90% зерен картофельного крахмала, до 14% — пшеничного, до 10% — кукурузного. Чем выше температура, тем большее количество крахмальных полиса­харидов превращается в декстрины. В результате декстринизации снижается способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации. Этим объясняется более густая конси­стенция соусов на белой пассеровке (температура пассерова­ния муки 120°С) по сравнению с соусами на красной пассеров­ке (температура пассерования муки 150°С) при одном и том же расходе муки.

В кулинарной практике Декстринизация крахмала происходит не только при пассеровании муки для соусов, но также при обжаривании гречневой крупы, подсушивании риса, вермишели, лапши перед варкой, в поверхностных слоях картофеля при жарке в корочке изделий из теста и др.