ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ, СУХИХ ВЕЩЕСТВ, ВИТАМИНОВ В ПРОЦЕССЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Вода является основным компонентом большинства пищевых продуктов. Она оказывает влияние на многие показатели качества, особенно связанные с текстурой. Такие способы консервации пищевых продуктов, как тепловая обработка, облучение также во многом зависит от изменения состояния водного компонента этих продуктов.

Сырье и материалы, применяемые в перерабатывающих пищевых производствах и в отечественном питании, можно разделить на две группы:

ã твердые кристаллические тела (сахар, лимонная кислота, соль поваренная и т.д.);

ã коллоидно-дисперсные системы, которые в свою очередь подразделяются на три группы.

1) Эластичные гели – тела, которые при обезвоживании сжимаются, но сохраняют эластичность. Относится прессованное тесто, изделия на основе агар-агара (пастила, зефир) и желатина (мармелад).

2) Хрупкие гели, тела которые после сушки становятся хрупкими.

3) Капиллярно-пористые коллоидные тела: хлеб, зерно и т.д.

Эластичные стенки капилляров этих тел деформируются при сушке, поэтому изделия могут изменить свой объем (усадка) и форму (крошение).

Различные тела неодинаково взаимодействуют с содержащейся в них влагой, по-разному ее связывают.

Академиком П.А. Ребиндером предложена классификация форм связи влаги на основе энергии связи.

а) механическая – влага смачивания, содержащаяся в капиллярах и микрокапиллярах. Эта форма связи наименее прочная, ее можно легко удалить механическим воздействием, например, прессованием или центрифугированием;

б) физико-химическая форма связи – адсорбционная, осмотическая и структурная влага, содержащаяся в клетках и микрокапиллярах. Для разрушения этой формы связи требуется намного больше энергии. Как правило, удаление такой влаги происходит в виде пара, то есть необходимо предварительно превратить воду в пар, затратив большое количество энергии;

в) Химическая форма связи - наиболее прочная. Это ионная связь(NaOH) и вода в кристаллогидратах (Cu SO₄ х 5H₂O). Эта связь может быть разрушена либо путем химического воздействия, либо нагревом до высоких температур – прокаливанием.

Вследствие тетраэдрического строения молекулы вода может быть связана с некоторыми другими молекулами воды посредством водородных связей и при этом образовывать полимерную структуру.

Вследствие чрезвычайно высокого разделения зарядов, измеряемого диэлектрической константой, вода является хорошим растворителем.

При анализе влияния активности воды на ее состоянии необходимо помнить следующие ее общие свойства:

ã вода растворяет молекулы вещества;

ã молекулы вещества могут переходить в водную фазу;

ã молекулы вещества могут концентрироваться в водно-жидкостной фазе вплоть до осаждения;

ã растворенные молекулы вещества могут реагировать внутри фазы;

ã вода может сама ступать в реакцию;

ã вода существует в растворе в виде полимера, создает и поддерживает свою структуру.

Так как молекулы вещества переходят в чистый водный раствор, то они связывают молекулы воды вокруг себя, которые образуют гидратную оболочку.

По мере растворения все большего количества вещества мольная доля воды и ее активность уменьшаются. Активность воды будет уменьшаться до тех пор, пока раствор не станет насыщенным и не начнется кристаллизация.

При обработке продуктов животного происхождения содержание воды и растворимых веществ изменяется на следующих этапах:

ã при оттаивании сырья и хранении полуфабрикатов;

ã в процессе вымачивания соленых продуктов.

В процессе оттаивания мясопродукты выделяют большее или меньшее количество соли, что обусловлено изменением коллоидных структур мышечной ткани, состоянием белков перед замораживанием, режима замораживания, условий хранения и оттаивания.

В мясе содержится в среднем 72-78% воды, в рыбе 70-80%. В жирных рыбе, мясе, птице и субпродуктах влаги несколько меньше 46-68%. Количество воды в мышечной ткани определяется в значительной степени гидратацией белков мяса. Минимальная их гидратация характерна для стадии посмертного окоченения. По мере разрешения этого процесса степень гидратации белков увеличивается.

В мясопродуктах основной является свободная вода, механически удерживаемая внутри белковых мицелл, количество адсорбционно-связанной воды невелико (0.6 г на 1 г белка).

Известно из ранее изученного материала, что при замораживании кристаллы льда образуются в первую очередь в тканевой жидкости, так как там концентрация растворенных в ней веществ меньше, чем в мышечном волокне. Вследствие вымерзания воды концентрация раствора увеличивается, следовательно, увеличивается и осмотическое давление, в результате вода из мышечного волокна перемещается в тканевую жидкость, и, замерзая, образует кристаллы разной величины. Чем быстрее происходит замораживание, тем меньше жидкости переходит в тканевое пространство из мышечных волокон, и тем меньше образуются кристаллы. При медленном замораживании образуются крупные кристаллы, что приводит к механическому разрушению мышечных волокон.

В процессе хранения даже при незначительных колебаниях температуры происходит растворение мелких кристаллов и увеличение крупных, что также приводит к разрыву сарколеммы мышечных волокон.

Благодаря повышению концентрации солей в мышечном волокне происходит высаливание белков, а иногда и их денатурация, что приводит к снижению гидратации коллоидов. Глубина денатурационных изменений зависит от состояния белков перед замораживанием, интенсивности замораживания, сроков хранения.

Наиболее сильно снижается водоудерживающая способность белков мышечной ткани мяса, если оно замораживается в период посмертного окоченения. При последующем оттаивании такое мясо теряет значительно больше сока, чем замороженное в парном состоянии или созревшее.

При оттаивании протекают процессы, обратные замораживанию. Но полностью первоначальные свойства не восстанавливаются. Степень обратимости процессов кристаллообразования, изменения коллоидного состояния восстановление структуры ткани тем больше, чем быстрее происходило замораживание, ниже температура и меньше продолжительность хранения.

При оттаивании вода постепенно поглощается мышечными волокнами, при этом восстанавливается коллоидная структура. При медленном оттаивании вода полнее поглощается волокнами, следовательно, более полно восстанавливаются свойства мышечной ткани. Сроки размораживания:

Говядина – 3-5 суток,

Мелкие туши животных – 2-3 суток.

Такие сроки обеспечивают практически полную сохранность сока (потери до 1%). При быстром оттаивании потери составляют 7-15%.

В продуктах живого происхождения при всех приемах тепловой обработки происходит изменение содержания воды и сухих веществ. Величина потерь зависит от химического состава сырья и способа обработки.

Мы изучали, что при денатурации мышечные белки теряют воду, а сваривание коллагена и переход его в глютин сопровождается ее поглощением. Поглощение воды коллагеном лишь частично компенсирует потерю ее мышечными волокнами. Поэтому мясопродукты при тепловой обработке всегда в большей или меньшей степени обезвоживаются.

Процесс выделения воды из мяса и рыбы протекает различно. Чем выше температура нагрева мяса, тем больше потери воды. При нагревании рыбы такой закономерности не наблюдается, максимум выделения влаги наблюдается при 65-75⁰ С. Такое различие указывает на то, что поглощение воды коллагеном компенсирует ее потерю мышечными белками рыбы в большей степени, чем мяса.

Выделение воды из крупных кусков происходит постепенно по мере прогревания продукта. Потери веса при варке в течение 1 часа – 26%, 2 часов – 40%. При полном прожаривании различные виды мяса теряют около 50%, рыбы – около 25% содержащейся в ней воды.

Но в характере выделения воды при варке и жарке имеются существенные различия. Во время варки в воде вся выделяемая продуктом влага поступает в окружающую среду в жидком состоянии. При жарке только небольшая часть влаги выделяется в жидком состоянии, образуя сок. Основная масса ее испаряется сначала с поверхности, а затем, по мере прогревания, с более глубоких слоев. При варке паром, припускании и тушении влага в жидком состоянии выделяется меньше, чем при варке в воде, но больше, чем при жарке.

Растворимые вещества удаляются из продукта в основном с водой, выделяемой в жидком состоянии. Поэтому, как следует из вышеизложенного, наибольшее количество растворимых веществ извлекается из мышечной ткани во время ее варки в воде. Дополнительное извлечение растворимых веществ происходит за счет диффузии, выравнивающей концентрацию их в продукте или бульоне.

В процессе жарки растворимые вещества выделяются в наименьшем количестве, так как при этом способе основная масса влаги испаряется в виде пара.

Припускание, тушение и варка на пару по количеству извлекаемых из продукта веществ занимает промежуточное положение между варкой в воде и жаркой.

При варке мясных продуктов в воду переходят растворимые белки, экстрактивные и минеральные вещества, витамины.

Экстрактивные веществапредставляют собой смесь разнообразных продуктов распада, образующихся в процессе обмена веществ живой ткани. Делятся на азотистые и безазотистые.

Азотистые – свободные аминокислоты, дипептиды, мочевина, производные гуанидина и пуриновые основания.

Свободные аминокислоты занимают значительную часть экстрактивных веществ – до 1%. Найдено их 17. Но особо следует выделить глутаминовую кислоту, содержание которой в мышечной ткани 15-50мг%. Растворы глутаминовой кислоты имеют специфический сложный «мясной вкус».

Производные гуанидина: креатин- 0,5% и креатинин - 0,01%.

Дипептиды – карнозин и ансерин – не более 0,3%, мочевина (карбамид) – 0,2%.

Пуриновые основания – 0,05%-0,15%, преобладает гипоксантин.

К безазотистым веществам относятся: гликоген, сахара, кислоты, мезоинозит. В процессе созревания мяса количество гликогена сокращается в 3-4 раза, а содержание молочной кислоты растет. Сахара – глюкоза, фруктоза рибоза – содержатся в мясе в небольшом количестве. Качественный состав экстрактивных веществ говядины, свинины, баранины примерно одинаков, только в баранине обнаружен трипептид глютатион, цистеиновая кислота, аминокислота – орнитин.

Растворимые вещества в процессе варки изменяются – белки свертываются, экстрактивные вещества взаимодействуют между собой, образуют новые продукты, имеющие специфическую окраску, вкус, запах.

Динамика выделения следующая. Растворимый белок выделятся в первые полчаса варки (около 80% общего количества). Остальные растворимые вещества (органические и минеральные) выделяются постепенно, почти одинаковыми темпами на протяжении 2 часов, затем скорость выделения уменьшаются.

Из мелких кусков растворимые вещества выделяются более интенсивно, причем в наибольшем количестве – в первые полчаса варки. Выделение глютина происходит в конце варки.

Количество веществ, извлекаемых в процессе варки, зависит не только от его свойств, но и от технологических факторов:

1. Температурный режим.

Мясопродукты варят при погружении в холодную или горячую воду. При погружении в горячую воду белка теряется в 2 раза меньше, чем в холодную, но все равно потери очень малы (0,03 и 0, 06%), Так как температура денатурации белков очень низка.

Извлечение же остальных растворимых веществ при погружении в горячую и холодную воду практически одинаково.

Температура варки 97 – 98⁰ С обеспечивает наиболее быстрое доведение мяса до готовности. Мясо с небольшим содержанием ткани (телятины) можно довести до готовности в те же сроки при температуре 90⁰ С.

В результате понижения температуры варки геле мышечных белков уплотняются в меньшей степени, благодаря чему в мясе остается больше влаги и растворимых веществ.

2. Соотношение между количеством мяса и воды.

Потери растворимых веществ тем значительнее, чем больше взято воды, так как с возрастанием количества воды создаются лучшие условия для диффузии из него минеральных веществ, то есть увеличивается разность концентраций.

3. Степень измельчения мяса.

Мясо варят кусками от 0,5 до 2 кг. Чем меньше куски, тем больше площадь их соприкосновения с водой, тем благоприятнее условия для диффузии.

Мясо измельченное, но сформованное в виде куска теряет меньше растворимых веществ, чем такой же кусок мяса, так как в этом случае отсутствует непрерывная соединительно-тканная основа, сжатие которой и обуславливает более сильное выпрессовывание влаги.

При тепловой обработке овощей вода при варке почти полностью сохраняется. При припускании, тушении и жарке содержание ее уменьшается в большей или меньшей степени вследствие испарения. В процессе варки крахмалосодержащих продуктов вся влага поглощается клейстеризующимся крахмалом. Небольшая потеря ее имеет место в результате испарения с поверхности после варки. Это же отмечено и для корнеплодов. Потери влаги при припускании, тушении, жарке зависят от вида овощей, степени их измельчения, способа предварительной обработки и определяет в основном уменьшение веса.

Растворимые вещества, образующие сухой остаток клеточного сока овощей, весьма разнообразны – сахара, азотистые, минеральные, пектины, гликозиды.

Благодаря разрушению кожистого слоя протоплазмы (мембраны), свертывающейся в процессе тепловой обработки, растворимые вещества клеточного сока свободно диффундируют в окружающую среду. Происходящее под действием тепловой обработки разрыхление паренхимной ткани клеточных стенок облегчает диффузию.

В овощных отварах обнаружено значительное количество свободных аминокислот. Относительно велики потери минеральных веществ при варке очищенных овощей, а также свеклы и моркови в кожице - в основном за счет извлечения K, Fe, Ca, P. Содержание Mn практически не изменяется.

Варка паром извлекает значительно меньше растворимых веществ. Чем больше экземпляры овощей, тем меньше потери. Увеличение количества влаги также приводит к увеличению потерь растворимых веществ.

Необходимо отдельно рассмотреть взаимодействие зернобобовых культур и воды в процессе замачивания и тепловой обработки. При замачивании происходит набухание содержащихся в них высокомолекулярных веществ – белков и углеводов клеточных стенок. Благодаря этому происходит сокращение времени их тепловой обработки. Время набухания 5 – 10 часов, за это время вес увеличивается на 90 – 110%. Набухание сопровождается увеличением растворимых веществ.

Минеральные вещества диффундируют в количестве 0,3…0,4% от веса продукта, углеводы - от 1,2 до 2,8%, небелковые азотистые вещества – 0,3%. При замачивании некоторых сортов бобовых (фасоли), в воду переходят вещества гликозидного характера, обладающие неприятной вкусом и запахом. В этом случае вода после замачивания не используется.

При варке полностью набухших бобовых количество воды в них практически не изменяется. Происходит лишь перераспределение ее между белками и крахмалом. При варке не замоченных круп зернобобовых содержание влаги в них значительно увеличивается.

Потеря растворимых веществ имеет место в том случае, если отвар не используют.

В зависимости от условий технологической обработки количество витаминов в пищевых продуктах снижается в той или иной степени. Витамины являются важнейшими пищевыми веществами, которые участвуют в нормализации обмена веществ в организме и образовании ферментов, поддерживают иммунобиологические свойства организма и его устойчивость к неблагоприятным внешним факторам, играют существенную роль в профилактическом и лечебном питании. Так как основным источником витаминов в рациональном питании является пища, то вопрос сохранности ее витаминного состава при обработке представляется крайне важным.

Известно, что в основу классификации витаминов положен принцип растворимости их в воде и жире, поэтому они подразделяются на водо- и жирорастворимые.

Витамин А содержится только в продуктах животного происхождения, устойчив к действию щелочи и нагреванию, но не устойчив к действию кислот, ультрафиолетовых лучей и О₂ – под их воздействием инактивируется. К витамину А относятся также растительные пигменты каротиноиды, играющие роль провитамина А.

Суточная потребность взрослого в витамине А – 1- 2,5 мг, каротина – 2-5мг.

Источники витамина А (на 100г продукта): печень – 15мг, масло коровье – 0,6 мг, сыр – 0,2-0,3 мг, сливки, сметана – 0,3 мг. Растительные продукты, содержащие b - каротин: перец красный, петрушка – 10 мг, морковь – 9мг, щавель, облепиха – 8мг, лук зеленый – 6мг, укроп – 5,5мг, шиповник, шпинат – 5мг.

Витамин А и каротин в продуктах значительно устойчивее, чем в чистом виде.

При хранении моркови и других растительных продуктов содержание каротина не уменьшается до тех пор, пока они не начнут портиться.

Хранение нарезанной моркови приводит к увеличению содержания в ней каротина.

При тепловой обработке продуктов А – витаминная активность сохраняется полностью или почти полностью. При пассеровании в жир переходит 20% общего содержания каротина. При хранении пассерованой моркови содержание каротина снижается тем сильнее, чем тоньше слой, особенно при открытой крышке.

Витамины группы В:

Дневная потребность В₁,В₂ – 2 – 3 мг, В₆ – 2-4 мг, РР – 15 – 25мг. Содержатся в продуктах как растительного, так и животного происхождения.

В₁ – в крупах – 0,2 – 0,7 мг, печени – 0,4 мг.

В₂ – печень – 3,3, почки – 1,9, яйцо – 0,5мг, крупы – 0,2 мг.

В₆ – мясо – 0,3 – 0,5, печень – 0,7, дрожжи – 4,6, капустные – 0,1-0,3, перец зеленый – 0,8.

РР – печень – 14, субпродукты – 3-4, бобовые – 2-3.

В процессе кулинарной обработки содержание витаминов группы В изменяется в большей или меньшей степени. Часть теряется с соком при оттаивании мороженных мясопродуктов, а также при промывании продуктов растительного происхождения. Так при оттаивании свинины потери витамина группы В составляют от 4 до 11%, при промывании риса теряется 30% витамина.

При тепловой обработке витамины группы В разрушаются, во время варки и тушения часть их экстрагируется из продукта в отвар, а при жарке 5-10% этих витаминов выделяется с соком.

Максимально при тепловой обработке разрушается В₆ : говядины- 38% при варке, 50%-при жарке.

При варке разрушается 30% витамина В₁ , а 28-35% переходит в отвар.

Наиболее устойчив при тепловой обработке рибофлавин. Его потери не превышают 15% не зависимо от способа тепловой обработки.

В продуктах растительного происхождения при тепловой обработке резко уменьшается количество витамина В₆ – на 30-40% при варке, но 28-30% при жарке.

При варке овощей и круп разрушается не более 20% витамина В₁ и В₂. А в рисе тиамин разрушается почти полностью.

Чем больше берется воды для варки, тем меньше остается витаминов в вареном продукте. А способность их экстрагирования в отвар подтверждает целесообразность его использования.

Витамин С – термолабильный, суточная потребность в среднем 70мг. Содержание его в овощах колеблется от 5 (баклажан) до 250мг (сладкий перец) на 100г продукта. В капусте, картофеле 20-60мг на 100 г продукта. Из плодов богаты им цитрусовые, черная смородина и шиповник , соответственно 38, 200 и 470мг на 100г) .

В овощах и плодах аскорбиновая кислота содержится в трех формах – восстановленной, окисленной (дегидроформа) и связанной (аскорбиген). В процессе созревания и хранения восстановленная форма может окисляться с помощью соответствующих ферментов и переходить в дегидроформу, которая обладает всеми свойствами витамина С, но менее устойчива к действию внешних факторов и быстро разрушается. Аскорбиген может подвергаться гидролизу, вследствие чего высвобождается свободная аскорбиновая кислота.

При тепловой обработке витамин С частично переходит в отвар, частично разрушается. Вначале тепловой обработки он окисляется под действием кислорода и окислительных ферментов, превращается в дегидроаскорбиновую кислоту, а при дальнейшем повышении температуры происходит термическая деградация обеих форм витамина С. После гидролиза аскорбигена высвободившаяся аскорбиновая кислота также подвергается разрушению.

Степень разрушения витамина С зависит от свойств обрабатываемого сырья, скорости прогрева продукта, длительности тепловой обработки, контакта с кислородом воздуха, состава и рН – среды.

При варке степень разрушения витамина С зависит от соотношения восстановленной и окисленной форм. Например, при варке неочищенного картофеля осенью разрушается 10%, весной – 25%, капусты осенью – 2-3%, весной – 30%. То есть, чем меньше дегидроаскорбиновой кислоты по отношению к восстанавливающей форме, тем меньше он разрушается.

Чем быстрее прогрев продукта, тем меньше разрушение. В картофеле при погружении в холодную воду разрушается 35%, в кипящую – 7%. То есть при погружении в кипящую воду практически сразу инактивируются ферменты, способствующие превращению витамина С в дегидроформу.

Чем дольше сроки тепловой обработки, тем больше разрушается витамин. То есть необходимо строго соблюдать сроки варки. Присутствие кислорода способствует окислению витамина С и дальнейшему его разрушению.

Ионы меди, железа, марганца ускоряют разрушение витамина С (вода, стенки посуды). Наиболее катализирующее действие вызывают ионы меди. При варке овощей в кислой среде витамин С сохраняется лучше. Некоторые вещества, содержащиеся в пищевых продуктах, обладают защитным действием по отношению к витамину. Аминокислоты, крахмал, витамины А, Е, тиамин, пигменты в той или иной степени предохраняют витамин С от разрушения. Разрушение витамина С может происходить и при хранении вареных овощей при любой температуре.

Общие потери витамина С зависят от способа тепловой обработки. Наибольшие потери наблюдаются при варке. Варка на пару приводит к минимальным разрушениям его. При припускании потери витамина С несколько выше, чем при варке в воде, так как в этом случае продукт находится в паровоздушной смеси, содержащей кислород

Обработка в СВЧ-аппаратах приводит к снижению потерь на 20-25%, так как при этом сокращаются сроки тепловой обработки из-за быстрого прогрева продукта.

В процессе жарки разрушения витамина С несколько меньше чем при варке, так как продукт обволакивается жиром и предотвращает его соприкосновение с кислородом.

При измельчении овощей, особенно приготовлении пюре потери витамина С достигают 90%.

Пути сохранения С-витаминной активности:

ã обеспечение быстрого прогрева;

ã варка при умеренном кипении и не допускать выкипания жидкости;

ã не превышать сроки тепловой обработки;

ã использование отваров;

ã не допускать длительного хранения готовых изделий.