Физико-химические изменения сахаров: гидролиз (инверсия) и карамелизация

Физико-химические и биохимические изменения, происходящие с углеводами в процессе их технологической обработки, существенно влияют на качество готовых изделий.

Сахар – важнейший компонент овощей и фруктов. При тепловой обработке происходят изменения сахаров – гидролиз, карамелизация, а также распад в результате реакции меланоидинообразования.

1. Гидролиз дисахаридов – распад молекулы под влиянием кислот или в присутствии ферментов на моносахариды (глюкозу и фруктозу). Ионы водорода при этом играют роль катализаторов. Полученная смесь глюкозы и фруктозы вращает плоскость поляризации не вправо, а влево. Такое преобразование правовращающей сахарозы в левовращающую смесь моносахаридов называется инверсией, а эквимолекулярная смесь глюкозы и фруктозы – инвертным сахаром. Последний является слаще сахарозы.

Степень гидролиза (инверсии) зависит от продолжительности тепловой обработки, а также от вида и концентрации содержащейся в продукте кислоты. Наибольшей инверсионной способностью обладает щавелевая кислота, в 10 раз меньшей – лимонная, в 15 – яблочная, в 17 – молочная, в 35 – янтарная и в 45 раз меньшей – уксусная.

Гидролитическое расщепление сахарозы наблюдается при изготовлении плодово-ягодных киселей, компотов, желе, муссов, запекании яблок, тушении свеклы.

Ферментативный гидролиз происходит при брожении и в начальный период выпечки дрожжевого теста. В этом случае сахароза и мальтоза под действием ферментов дрожжей сахаразы и мальтазы расщепляются: первая до глюкозы и фруктозы, а вторая – до двух молекул глюкозы. Ферментативный гидролиз некрахамльных полисахаридов происходит под действием ферментов целлюлолитического, гемицеллюлазного и пектолитического комплекса.

2. Карамелизация – нагревание сахаров при температурах, превышающих 100ºС приводит к образованию сложной смеси продуктов различной степени полимеризации (карамелан светло-соломенного цвета, карамелен – ярко-коричневого цвета, карамелин – темно-коричневого цвета и др.). Состав смеси изменяется в зависимости от степени воздействия среды, вида и концентрации сахара, условий нагревания и т.д. Реакция катализируется небольшими концентрациями кислот, щелочей и некоторых солей. Регулируя условия, можно направить реакцию на получение в основном аромата или же в сторону образования окрашенных продуктов.

По мере нагревания сухой сахарозы от нее отщепляется молекулы воды, в результате чего образуется все больше продуктов разложения, в том числе производных фурфурола, альдегидов, акролеина, двуокиси углерода и др.

При отщеплении от молекулы глюкозы двух молекул воды образуется карамелан – (С₁₂Н₁₈О₉), растворимый в холодной воде; при отщеплении от трех молекул сахарозы восьми молекул воды образуется карамелен (С₃₆Н₅₀О₂₅), растворимый в холодной и кипящей воде, имеющий ярко коричневый цвет с рубиновым оттенком; более сильное обезвоживание приводит к образованию карамелина (С₂₄Н₃₀О₁₅), который растворим только в кипящей воде. При длительном нагревании образуются гуминовые вещества, которые растворимы только в щелочах.

Комплекс реакций, имеющих место при карамелизации, приводит к образованию разнообразных кольцевых систем с уникальным вкусом и ароматом. При нагревании мальтозы и лактозы до высокой температуры приводит к появлению веществ, влияющих на аромат, например, мальтола. Так, мальтол и изомальтол, имеют запах подпеченного хлеба, 2-Н-4-гидрокси-5-метилфуранон-3 – аромат жареного мяса. Кроме того, это продукты имеют сладкий вкус, что также определяет их положительную роль в пищевых продуктах.

Карамелизация сахаров происходит при подпекании лука и моркови для бульонов, при запекании яблок, при приготовлении многих кондитерских изделий и сладких блюд. Жженый сахар используют в качестве пищевого красителя.