Изменение углеводов

В пищевых продуктах содержатся различные углеводы: простые моносахара, дисахариды, крахмал, клетчатка, полуклетчатка и так далее.

Крахмал в большом количестве содержится в картофеле, зерне, мучных изделиях, а клетчатка - во всех растительных продуктах.

При нагревании крахмала в присутствии воды (или ее паров) происходит его клейстеризация, которая заключается в разрушении структуры крахмальных зерен и их набухании.

При сухом нагреве выше 120°С происходит его декст-ринизация, которая заключается в расщеплении крахмальных полисахаридов и превращении их в растворимые в воде высокомолекулярные вещества - пиродекстрины и ряд летучих веществ.

При нагревании крахмала с водой в кислой среде (кислотный гидролиз) или в присутствии ферментов-амилаз происходит его гидролиз, заключающийся в распаде крахмальных полисахаридов с присоединением воды.

Крахмал состоит из амилозы (20-25%) и амилопектина (75-80%). В воде при нагревании амилоза растворяется, образуя прозрачный коллоидный раствор, в котором распределены набухшие частицы амилопектина.

В естественном состоянии крахмал нерастворим в холодной воде. При 60^оС кукурузный крахмал набирает до 30% воды, при 70°С - около 100% к своей исходной массе. Разрушение структуры крахмального зерна при нагревании в воде протекает через различные фазы.

В первой фазе вода медленно и обратимо поглощается зернами и происходит ограниченное набухание. Вязкость суспензии заметно не повышается. В небольшом пределе температур, приблизительно при 65°С (точная температура является характерной для каждого вида крахмала), начинается вторая фаза набухания: зерно неожиданно набухает, увеличивается во много раз в размере, поглощая большое количество влаги и быстро теряя свое двойное лучепреломление.

Во второй фазе быстро нарастает вязкость крахмальной суспензии. Небольшое количество крахмала растворяется.

Во время третьей фазы набухания, которая происходит при повышенной температуре, зерна становятся почти бесформенными мешочками, из них выщелочена более растворимая часть крахмала.

Суспензии, содержащие даже небольшой процент крахмала, так заполнены этими набухшими мешочками его зерна, что при охлаждении образуют прочный студень. При обработке горячей водой крахмальные зерна распадаются и крахмал переходит в раствор. А именно распадаются на молекулы меньшего размера, которые неспособны образовывать пространственные сетки, характерные для набухших зерен, однако из высоких концентраций растворов крахмала, даже из совершенно диспергированного, легко образуется гель. Его прочность зависит от переплетения крахмальных молекул, особенно амилозы с прямыми цепочками.

Простые сахара, в том числе продукты гидролиза крахмала, при нагревании могут гидролизоваться, карамелизироваться, вступать в реакции меланоидинообразования.

Дисахариды, гидролизуясь, присоединяют воду, превращаясь в простые сахара. Гидролиз происходит под действием ферментов или при нагревании в кислой среде. Если сахара нагревать до температуры выше плавления, то они теряют воду и карамелизируются.

В результате карамелизации образуются ангидриды, которые одновременно полимеризуются, распадаются, образуя различные вещества, в том числе и альдегиды (фурфурол, пировиноградный альдегид и другие). Они, в свою очередь, полимеризуются, конденсируются с образованием темноокрашенных соединений карамелана, карамелина и других.

При нагревании сахаров в присутствии азотистых соединений (белковых веществ, аминокислот, аминов) протекают реакции покоричневения, меланоидинообразования (или реакции Майяра с образованием темноокрашенных соединений - меланоидинов).

Под действием нагрева углеводы клеточных стенок растительных продуктов специфически изменяются. Растительная клетка окружена оболочкой, внутри которой находятся протоплазма, ядро и вакуоли. Отдельные клетки соединены друг с другом срединными пластинками. Оболочку и срединные пластинки называют клеточными стенками.

Оболочка клеток состоит из клетчатки (целлюлозы), полуклетчатки (гемицеллюлозы) и других веществ, а срединные пластинки - главным образом из протопектина. Он не относится к углеводам, но близок к ним по строению. Это сложное вещество, состоящее из остатков галактуроновых кислот, соединенных в длинные цепи полигалактуроновых кислот, которые, в свою очередь, через солевые мостики, альдегидные группы и так далее образуют сложную молекулу протопектина.

Прослойки протопектина (срединные пластинки) придают механическую прочность растительным тканям.

При нагревании происходит ионообменная реакция в срединных пластинках: ионы кальция и магния, через которые соединяются цепочки полигалактуроновых кислот, заменяются одновалентными натрием и калием. Тем самым нарушается связь между клетками, так как протопектин распадается на отдельные цепи галактуроновых кислот, которые носят название пектинов.

В мясных продуктах содержание углеводов невелико, но они заметно влияют на вкусовые свойства продуктов, поскольку участвуют в образовании сильных вкусовых соединений - меланоидинов.

Значительно большее влияние оказывают углеводы на образование соответствующих вкусовых качеств при обжаривании пищевых продуктов (овощи или рыба) в масле.

Для обжаривания сырье на несколько минут погружают в нагретое до 130-140°С растительное масло.

При обжаривании из сырья испаряется значительная часть влаги, а в него впитывается некоторое количество масла.

При обжаривании на поверхности продукта образуется золотисто-коричневая корочка из карамелизованных углеводов, что придает продукту специфический вкус.

Образование корочки можно представить следующим образом. При погружении сырья в горячее масло влага начинает испаряться, и прежде всего - с поверхности продукта. Поскольку концентрация влаги в глубине получается больше, чем на поверхности, происходит диффузионное подсасывание влаги из глубины на поверхность, где она испаряется.

Пока поверхность влажная, температура ее не может подняться выше 100°С, хотя она и соприкасается с маслом, нагретым до 130-140°С: выкипающая влага отнимает тепло от поверхности и охлаждает ее.

Для глубокой карамелизации углеводов и образования корочки необходима температура выше 100°С, так как скорость испарения влаги с поверхности превышает скорость диффузионного подсасывания ее из глубины на поверхность. Поэтому через некоторое время поверхностный слой обезвоживается, температура его сразу поднимается выше 100°С, и появляется карамелизированная корочка.

При обжаривании овощей корочка образуется из содержащихся в них углеводов - сахаров, крахмала, целлюлозы, пектина. Рыбу перед обжаркой панируют, и корочка образуется из углеводов муки.

В спиртовом производстве тепловой обработке, которую принято называть развариванием, подвергают крахмалосодержащее сырье.

Разваривание осуществляют для разрушения клеточных стенок, освобождения крахмала из клеток и перевода его в растворимую форму, в которой он быстрее и легче осахаривается ферментами. Разваривание крахмалосодержащего сырья проводят путем обработки его паром с избыточным давлением 400-500 кПа.

При тепловой обработке в процессе разваривания идет интенсивное набухание крахмала, его клейстеризация и переход в растворимую форму, обусловленные интенсивным поглощением воды.

При выходе разваренной массы из варочного аппарата давление снижается до атмосферного, что вызывает превращение содержащейся в клетках воды в пар, объем которого в несколько раз превышает объем воды. Такое резкое увеличение объема приводит к разрыву клеточных стенок сырья и превращает его в однородную массу.

Процесс разваривания сопровождается увеличение содержания сахаров и декстринов за счет частичного гидролиза крахмала под действием собственных ферментов и естественной кислотности. Высокая температура на стадии разваривания вызывает протекание процессов меланоидинообразования, термического разложения сахаров (карамелизация) и выхода сахара.

При выпечке хлеба в первые минуты происходит спиртовое брожение внутри теста, которое ускоряется по мере нагрева и при 35°С достигает максимума. В дальнейшем брожение затухает и при 50°С прекращается, так как дрожжевые клетки отмирают, а при 60°С приостанавливается жизнедеятельность кислотообразующих бактерий.

В результате остаточной деятельности микрофлоры во время выпечки в тесте увеличивается содержание спирта, диоксида углерода и кислот, что повышает объем хлеба и улучшает его вкус. Кроме того, в первые минуты выпечки происходит тепловое расширение воздуха и газов внутри теста, что существенно влияет на увеличение объема теста.

Биохимические процессы связаны с изменением состо­яния крахмала и белков; при температуре 70-80°С изменения прекращаются. Крахмал при выпечке клейстеризуется и энергично разлагается, причем его гидролиз в ржаном тесте идет интенсивнее, чем в пшеничном. Поэтому в ржаном тесте содержание водорастворимых веществ (декстринов и сахаров) значительно выше, чем в пшеничном.

От глубины и интенсивности взаимодействия крахмала и белков зависят цвет корки пшеничного хлеба, его вкус и аромат. Это связано с тем, что образовавшиеся сахара вступают в окислительно-восстановительное взаимодействие с белками, и получаются темноокрашенные вещества - меланоидины - и другие ароматические соединения.

Белки и крахмал при выпечке претерпевают существенные изменения. При 50-70°С одновременно протекают процессы денатурации и коагуляции белков и клейстеризации крахмала. Белки при этом выделяют воду, поглощенную при замесе теста, уплотняются, теряют свою эластичность и растяжимость. Прочный каркас скоагулированных белков закрепляет форму хлеба.