Неэнзиматическое побурение сахаристых веществ

Среди основных изменений углеводов, которые происходят под действием технологических факторов, являются изменения внешнего вида, цвета, вкуса, запаха и физико-химических показателей. Объединяющим признаком среди этих изменений является изменение цвета, поэтому их называют еще неэнзиматическое побурение (или неферментативное покоричневение).

Потемнение пищевых продуктов может происходить в результате окислительных или неокислительных реакций. Окислительное или ферментативное потемнение – это реакция между фенольным субстратом и кислородом, катализируемая ферментом полифенолоксидазой. Это потемнение, имеющее место на срезе яблок, бананов, груш, картофеля, не связано с углеводами.

Неокислительное или неэнзиматическое побурение представлено в пищевых продуктах очень широко. Оно связано с реакциями углеводов.

Продукты неэнзиматического побурения делятся на продукты, которые формируются за счет преобладания процесса карамелизации, и продукты, формирующиеся в процессе меланоидинообразования.

Карамелизация

Нагревание сахаров до высоких температур вызывает их глубокие изменения с появлением новых темно-окрашенных продуктов, при этом процесс называется карамелизация. Происходящие при этом процессы ещё не достаточно изучены, протекающие процессы зависят как от состава сахаров, так и от условий его нагрева.

Невысокие концентрации кислот, щелочей и некоторых солей каталитически ускоряют этот процесс. При нагревании сахарозы при температуре 160-185⁰С образуются моносахариды глюкоза и фруктоза. Наиболее чувствительна к последующему нагреванию фруктоза, скорость её изменения в 7 раз больше глюкозы. Поэтому при дальнейшем нагревании от фруктозы отщепляется вода и образуется фруктозан, а затем от глюкозы отщепляется вода и образуется ангидрид глюкозы глюкозан:

+Н₂О

С₁₂Н₂₂О₁₁ С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

сахароза глюкоза фруктоза

+ Н₂О

С₆Н₁₂О₆ С ₆Н₁₀О₅ (ангидрид)

фруктоза фруктозан

+Н₂О

С₆Н₁₂О₆ С₆Н₁₀О₅ (ангидрид)

глюкоза глюкозан

При дальнейшем повышении температуры оба ангидрида соединяясь, образуют изосахарозан (реверсия):

С₆Н₁₀О₅ + С₆Н₁₀О₅ = С₁₂Н₂₀О₁₀

глюкозан фруктозан изосахарозан

Одновременно с появлением продуктов реверсии (изосахарозана), ангидриды вступают в реакцию с неизменным сахаром и дают продукты реверсии – диангидриды, дисахариды и другие соединения. Продолжение нагревания вызывает дальнейшее обезвоживание (-Н₂О) и появление альдегида оксиметилфурфурола.

Оксиметилфурфурол разлагается на муравьиную и левулиновую кислоты, окиси и двуокиси углерода и другие летучие вещества.

Оксиметилфурфурол легко вступает в реакции полимеризации и конденсации, давая окрашенные красящие и гуминовые вещества.

В образовании цветности пищевых продуктов при нагревании принимают участие:

С₁₂Н₂₂О₁₁ - 2Н₂О = С₁₂Н₁₈О₉ карамелан

3С₁₂Н₂₂О₁₁ - 8Н₂О = С₃₆Н₅₀О₂₅ карамелен

2С₁₂Н₂₂О₁₁ - 7Н₂О = С₂₄Н₃₀О₁₅ карамелин

Кармелан и кармелен - порошки горького вкуса, хорошо растворим в воде, кармелан – жёлтого, кармелен – коричневого цвета. Карамелин растворяется в воде при кипячении, образуя коллоидный опалесцирующий раствор.

Если нагревать глюкозу, то образуются те же продукты. Сухой нагрев фруктозы даёт только кармелан.

При дальнейшем нагреве может образовываться полимерное соединение гумин (С₁₂₅Н₈₈О₈₀) с горьким вкусом. При производстве пищевых продуктов с этим необходимо считаться и не допускать его образования.

В реальной технологической практике разделение на такие стадии чисто условное.

В кулинарной практике типичным примером карамелизации сахарозы является приготовление жжёного сахара.

В процессе производства кулинарных и кондитерских изделий с использованием сахара, все перечисленные изменения могут протекать одновременно, а конечный продукт может представлять собой смесь веществ. Состав этой смеси зависит от многих факторов.