Кислотный гидролиз (инверсия) сахаров

Сахароза пищевых продуктов при производстве блюд и изделий нагревается при варке до t =102⁰С, а при жарке до 135⁰С и выше. В присутствии кислот, под влиянием теплового воздействия сахара разлагаются, происходит их инверсия, т. е. расщепление на глюкозу и фруктозу.

Н⁺

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

сахароза глюкоза фруктоза

Смесь глюкозы и фруктозы называют инвертным сахаром. Он имеет более сладкий вкус, изменяет удельное вращение раствора с правого на левое, предохраняет растворы от засахаривания.

Это явление отмечается при тепловой обработке фруктов и ягод в присутствии сахара (варка компотов, джемов, варенья), варке помадки, выпекании яблок, приготовлении фруктово-ягодных напитков т. д.

Фруктоза инвертного сахара не только увеличивает его сладость, но и делает его самым гигроскопичным сахаром.

Повышенная гигроскопичность инвертного сахара и поглощение им воды из окружающей среды ограничивает применение её (фруктозы) в кондитерской промышленности. А для таких изделий как мармелад, некоторые виды пастилы, применение фруктозы и инвертного сахара, наоборот, желательно, т. к. эти кондитерские изделия не должны быстро высыхать.

Степень и скорость инверсии зависит от параметров технологического процесса. Среди них важнейшими являются продолжительность процесса, температура гидролиза, концентрация сахарозы, концентрация и вид кислоты.

С повышением температуры и увеличением сроков тепловой обработки степень гидролиза увеличивается. В менее концентрированных по сахару системах, при одинаковых условиях, гидролиз идет лучше, чем в более концентрированных.

Инверсия сахарозы ускоряется в присутствии кислот. В плодах и ягодах содержатся в основном лимонная и яблочная кислоты, в значительно меньшей степени такие кислоты как винная, щавелевая, янтарная, салициловая.

Лимонная кислота содержится в основном в цитрусовых плодах и в ягодах, как в свободном состоянии, так и в виде солей, а яблочная – в семечках и косточках плодов. Активная кислотность (рН) плодов и ягод от 2,6 до 6.

Лучшими инверсионными способностями обладают минеральные кислоты, особенно соляная. Наибольшей инверсионной способностью среди органических кислот обладает щавелевая кислота

в 10 раз меньшей – лимонная,

в 15 раз – яблочная,

в 17 раз – молочная,

в 35 раз – янтарная,

в 45 раз – уксусная.

Количество инвертированной сахарозы в продукте зависит от продолжительности тепловой обработке. Так, если варить в сахарном сиропе (18%) очищенные и нарезанные яблоки, количество инвертированной сахарозы колеблется от 14 – 19% от общего количества. Если при варке яблок, варенья, компотов добавляют лимонную кислоту, то степень инверсии сахарозы повышается до 50%.

Однако варка моркови, свеклы (с высоким содержанием сахаров) не сопровождается инверсией содержащихся в них сахаров, т. к. активная кислотность этих овощей очень малая (рН 6,3 – 6,7), а содержащаяся в них яблочная кислота обладает небольшой инверсионной способностью.

Промышленностью выпускается инвертный сироп из сахарного сиропа. Он является водным раствором фруктозы и глюкозы. Он менее вязкий, чем патока, более гигроскопичен благодаря наличию фруктозы.

Мед – это природный инвертный сахар, который получается за счет действия фермента инвертазы. В результате колебаний температуры, охлаждения, длительного хранения он засахаривается за счет либо температурного перенасыщения, либо за счет снижения ферментативной активности инвертазы.

Глубокий распад сахаров наблюдается при проведении целого ряда кулинарных процессов.

1) При приготовлении и в начальной стадии выпечки дрожжевого теста - брожение.

2) В процессе нагревания сахара или сахарного сиропа - карамелизация.

3) При тепловой обработке пищевых продуктов, содержащих редуцирующие сахара и свободные аминокислоты - меланоидинообразование.

Брожение

При производстве дрожжевого теста основную роль играет процесс брожения, при котором глубокому расщеплению подвергаются моносахариды (глюкоза и фруктоза), содержащиеся в муке и образующиеся в тесте в результате гидролиза сахарозы и мальтозы.

Среди многочисленных процессов протекающих при брожении теста, основную роль играет спиртовое брожение, в результате которого гексозы распадаются на углекислый газ и этиловый спирт.

С₆Н₁₂О₆ 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН

Углекислый газ и этиловый спирт являются окончательными продуктами химических реакций, каждая из которых протекает под воздействием особого фермента.

При спиртовом брожении в незначительных количествах образуются побочные продукты: янтарная кислота, сивушные масла (смесь спирта амилового, изоамилового, бутилового и др.), уксусный альдегид, глицерин и др. Наиболее легко подвергается сбраживанию глюкоза и фруктоза, медленнее вступает в реакцию галактоза. Пентозы дрожжами не сбраживаются.

Дисахариды и мальтоза сбраживаются только после предварительного гидролиза на составляющие их моносахариды.

Глубокий распад гексоз происходит также в процессе молочнокислого брожения, сопутствующего спиртовому:

С₆Н₁₂О₆ 2СН₃СНОНСООН (молочная кислота)

Вызывается молочнокислое брожение попадающими в тесто с мукой гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями.

Гомоферментативные бактерии образуются из гексоз молочную кислоту, а гетеро- дополнительно ещё образуют уксусную кислоту, этиловый спирт и другие продукты. Такие процессы происходят так же в процессе приготовления кисломолочных продуктов (за счет лактозы), квасов, заквашивания овощей, фруктов.