ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ САХАРА И САХАРИСТЫХ ВЕЩЕСТВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Одним из важнейших компонентов питания человека являются углеводы. Их употребляется гораздо больше, чем жиров и белков, они составляют 60% суточной калорийности рациона, содержатся в основном в продуктах растительного происхождения. В основном в состав углеводов входят: углерод, водород, кислород и некоторые включения. Источником углеводов в нашем питании являются главным образом полисахариды (крахмал), дисахариды (сахароза, лактоза) и моносахариды (глюкоза и фруктоза).

Источник крахмала – зерновые, бобовые, картофель. На долю крахмала приходится примерно 80% всех потребляемых человеком углеводов. Сахара являются одной из важнейших составных частей плодов и овощей, где они находятся в растворённом состоянии в клеточном соке. Углеводы составляют ¾ сухой массы продуктов растительного происхождения.

Таблица 4.1. Углеводы зерна и продуктов его переработки (%)

Плоды и ягоды содержат от 3 до 15% сахаров: в винограде 14-23%, в бананах – до 18%. В яблоках и грушах преобладает в основном фруктоза, сахарозы содержится не более 1/4 общего количества сахаров, абрикосы и персики содержат до 4/5 сахарозы, в вишнях сахарозы не более 1%, а в кизиле она совсем отсутствует. Употребляемый сахар-рафинад является почти чистой сахарозой (99,9%).

Таблица 4.2. Содержание углеводов в плодах (%)

В овощах сахаров мало – 2-3%. Исключение составляет свекла – 7,1%, морковь – 6,4%. В фасоли сахаров содержится до 5%, они представлены сахарозой и тетрасахаридом – стахиозой. Стахиоза содержится также в чечевице и сое. В пшеничной муке содержание сахара зависит от сорта, чем выше сорт – тем меньше сахара, в среднем до 1%, в молоке содержится лактоза 4,6-4,8%, в мясе и яичном белке содержится немного глюкозы.

Углеводы являются одним из основных источников энергии, составной частью ряда важнейших соединений живой клетки (нуклеиновых кислот и др.), а для растительных клеток ещё и главным строительным материалом. Оболочки этих клеток состоят преимущественно из углеводов.

Классификация углеводов из-за их широкого распространения достаточно затруднена. Согласно принятой в настоящее время классификации, углеводы делятся на простые (моносахара) и сложные (полисахариды). Сложные углеводы, которые при полном гидролизе способны образовывать моносахариды, в зависимости от молекулярной массы делятся на олигосахариды («oligos» –несколько) и высшие сахара (Рис.4.1).

Рис. 4.1. Классификация углеводов

Моно- и олигосахариды в большинстве растворимы в воде и имеют сладкий вкус. Высшие сахара – мало или полностью нерастворимы и не имеют сладкого вкуса.

Основные группы углеводов представлены следующим образом:

Моносахариды –это простые сахара, молекулы которых представляют собой одну неразветвлённую углеродную цепь, имеющую от трёх до девяти атомов углерода. В зависимости от числа атомов углерода моносахариды называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами или гептозами. Один из атомов углерода в молекуле моносахаридов всегда представлен карбонильной группой С=0. При термической обработке растительных про-

дуктов именно эта группа способна вступать в реакцию с аминной группой белков и давать темно-окрашенные соединения – меланоидины. Если карбонильная группа находится на конце молекулы моносахарида, т. е. является альдегидной группой, то моносахарид называют альдозой. Когда карбонильная группа занимает в молекуле любое другое место, т. е. является кетонной группой, моносахарид называют кетозой.

Наиболее распространены в природе гексозы. Известны 32 изомера альдогексоз и 24 изомера кетогексоз. Напомним, что изомерами являются вещества, имеющие одну и ту же суммарную формулу, но разную структуру, т. е. неодинаковое расположение атомов в молекуле. Разное строение веществ обуславливает различие их свойств.

В плодах и овощах из альдогексоз в свободном виде и в составе более сложных соединений больше всего встречается a- глюкоза, а из кетогексоз - b- фруктоза.

Глюкозу называют иначе виноградным сахаром из-за высокого содержания её в винограде, а также декстрозой, так как раствор a-глюкозы вращает поляризованный луч вправо. В чистом виде глюкоза усваивается организмом лучше всех других углеводов, поэтому в медицинской практике её используют для инъекций. В растительных тканях глюкоза содержится не только в свободном виде, но и входит в состав многих олигосахаридов (мальтозы, сахарозы, лактозы, рафинозы), а также ряда глюкозидов. Из глюкозы построены такие полисахариды, как целлюлоза, крахмал, гликоген. Глюкоза встречается также в фосфорилированном виде: глюкозо-1-фосфорная кислота, глюкозо-6-фосфорная кислота и глюкозо-1, 6-дифосфорная кислота.

Излишек глюкозы в организме угнетает действие поджелудочной железы, которая вырабатывает инсулин, что может привести к возникновению сахарного диабета.

Фруктоза содержится почти во всех плодах, поэтому её называют плодовым сахаром. Она вращает поляризованный луч влево (левулоза). Фруктоза – самая сладкая из всех сахаров. Менее сладкой является сахароза, затем – глюкоза, ксилоза, мальтоза, галактоза. Высокая сладость, например, арбузов, содержащих относительно мало сахаров (7%), объясняется тем, что они представлены преимущественно фруктозой. Она входит в состав сахарозы и полисахаридов, превращающихся при гидролизе в фруктозу (к ним относится инулин). Фруктоза встречается также в фосфорилированном состоянии: фруктозо-1-фосфорная кислота, фруктозо-6-фосфорная кислота и фруктозо-1,6-дифосфорная кислота.

Фруктоза в большей степени задерживается в организме печенью и поэтому меньше поступает в кровь. Установлено также что фруктоза значительно меньше, чем другие сахара, вызывает кариес зубов.

Олигосахариды представляют собой углеводы, построенные из небольшого количества моносахаридов. Наиболее распространены дисахариды, образующиеся при соединении двух моносахаридов с выделением воды. В плодах и овощах к наиболее часто встречающимся олигосахаридам относится сахароза и мальтоза.

Сахароза – обычный сахар, используемый в повседневном питании, в наибольшем количестве содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике, поэтому её называют свекловичным или тростниковым сахаром. Под действием соответствующих ферментов или при нагревании с кислотами сахароза распадается (гидролизуется), образуя смесь из глюкозы и фруктозы, которая называется инвертным сахаром, а сам процесс гидролиза – инверсией. Слово инверсия означает перестановку, преобразование. В данном случае в результате гидролиза сахарозы изменяется удельное вращение раствора с правого на левое. Объясняется это тем, что у образующейся при гидролизе фруктозы левое вращение значительно больше, чем у глюкозы правое. Чем кислее раствор, тем интенсивнее идёт гидролиз сахарозы. В кислых растворах она гидролизуется почти в тысячу раз быстрее других дисахаридов – мальтозы и лактозы.

Мальтоза – больше всего ее содержится в солоде, который образуется в прорастающих семенах как продукт ферментативного расщепления крахмала, поэтому её часто называют солодовым сахаром. При гидролизе мальтозы образуются две молекулы глюкозы.

Лактоза – или молочный сахар состоит из остатков галактозы и глюкозы.

К дисахаридам относится целибиоза – построена по типу мальтозы, состоит из двух остатков глюкозы. Является составной частью клетчатки.

Среди олигосахаридов наиболее распространены рафиноза и стахиоза.

Рафиноза – состоит из остатков глюкозы, галактозы и фруктозы, входит в состав сахарной свеклы и морских водорослей.

Стахиоза – содержит два остатка галактозы, глюкозу и фруктозу, входит в состав клубнеплодов.

Полисахариды –сложные углеводы, состоящие из большого числа (сотен и тысяч) остатков моносахаридов, обладающие поэтому высоким молекулярным весом. В отличие от простых сахаров они не сладкие.

В ряде растворителей (в воде обычно нерастворимы) дают коллоидные растворы. По химическому составу полисахариды делят на гомополисахариды, построенные из остатков какого-либо одного моносахарида (глюкозы, фруктозы и т. д.), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов и их производных.

Важное значение имеют гомополисахариды, состоящие из глюкозы и называемые глюканами. К ним относятся широко распространенные в овощах и плодах крахмал, клетчатка, гликоген.

Важнейшими гетерополисахаридами являются гетерогемицеллюлозы, пектиновые вещества.

Полисахариды делятся так же на те, которые перевариваются организмом человека – крахмал, гликоген, частично пектин, гемицеллюлозы, и не перевариваются, которые называют пищевыми волокнами.

Способность к перенасыщению. Перенасыщенные растворы в технологической практике получают охлаждением насыщенных растворов до более низких температур; введением в насыщенный раствор при температуре насыщения дополнительных веществ, способных отнимать влагу; выпариванием насыщенного раствора, что приводит к повышению концентрации сухих веществ. Перенасыщенные растворы могут кристаллизоваться, при этом скорость кристаллизации и размеры кристаллов могут быть существенно уменьшены при добавлении глюкозы, инвертного сахара, глюкозных сиропов, гидроколлоидов. Это используется в технологиях производства таких продуктов, где сахароза, при высокой концентрации, не должна выкристаллизовываться (мороженое, карамели). Процесс кристаллизации сахарозы необходим в процессе производства помадных масс, и, наоборот, ухудшает показатели готового продукта – засахаривание меда, выпадение в осадок лактозы при охлаждении сгущенного молока.

Структурообразующая способность сахарозы широко используется в технологиях производства сладких блюд, сиропов, кремов, мороженого, сгущенного молока, сладких льезонов и др. Структурообразующая способность основана на способности растворов сахарозы, или сиропов постепенно изменять вязкость при изменении температуры, при этом не выкристаллизовываясь. С увеличением концентрации сахаристых веществ увеличивается зависимость вязкости от температуры.

Гигроскопичность сахарозы является ее объективной характеристикой, которая существенно влияет на условия хранения и текстуру некоторых пищевых продуктов. Глюкоза, мальтоза, сиропы глюкозы менее гигроскопичны, чем сахароза, инвертный сахар и фруктоза. Гигроскопические продукты необходимо вводить в те продукты, где необходимо сохранить определенную степень влажности, например, мармелад. Присутствие гигроскопических продуктов нежелательно в тех продуктах, где сахара находятся в стеклоподобном состоянии. В этом случае адсорбция влаги вызывает кристаллизацию сахаров, освобождая воду, которая делает массу клейкой (отмокание карамели).