Перетворення вуглеводів у технологічному потоці та під час зберігання харчових продуктів

Під час зберігання харчової сировини, її технологічної переробки у готові продукти моносахариди та олігосахариди підлягають різним перетворенням. Це процеси кислотного, ферментного гідролізу оліго- та полісахаридів, бродіння моносахаридів, мелаїдиноутворення та карамелізація моносахаридів і дисахаридів.

В багатьох харчових виробництвах використовується гідроліз олігосахаридів та полісахаридів. Гідроліз важливий як для процесів одержання харчових продуктів так і для процесів їх зберігання.

Процес мелаїдиноутворення пов'язаний із взаємодією відновлювальних цукрі (монози та відновлювальні дисахариди, які містяться у продукті та утворюються під час гідролізу більш складних вуглеводів) з амінокислотами, пептидами та білками, в результаті утворюються темно-забарвлені продукти – мелаідини (меланос (грецьк.) – темний).

Реакція Майєра

Глюкозогліцин Глюкозогліцин

Утворення глюкозоаміну це тільки початкова стадія реакції Майєра.

Механізм мелаїдиноутворення складний, представляє собою сукупність послідовних і паралельних реакцій. Відбувається утворення значної кількості проміжних продуктів, які далі взаємодіють як між собою, так і з вихідними речовинами.

Колоїдні, погано розчинні меланоїдини з характерним карамелеподібним ароматом є результатом альдольної конденсації і полімеризації вуглеводів.

Карбонільний атом Карбону редукованого сахару в відкритій формі підлягає нуклеофільній атаці вільною електронною парою амінного азоту. Це супроводжується втратою води і замиканням кільця з утворенням глюкозоаміна. За наявності надлишку редукованого сахару можливе утворення диглюкозоаміну:

Диглюкозоамін

Глюкозоамін. підлягає перегрупуванню по Амадоре і переходить в амінокислоти фруктозоамін:

Фруктозогліцин

Фруктозоамін був ідентифікований в ряді харчових продуктів, а саме в сухофруктах (персики, абрикоси), сухих овочах, сухому молоці.

Якщо в початковій стадії присутня кетоза, тоді також має місце утворення глюкозоаміну за рахунок перегрупування Хейтса:

Фруктоза

Продукти реакції, отримані при перегрупуванні Амадоре можуть в подальшому перетворюватися з утворенням меланоїдинових пігментів – сполук, які вміщують піразинові і імідазольні кільця, а також похідні оксиметилфурфурола. Утворення пігментів – надзвичайно складна реакція і важко піддається дослідженню. Вважають, що в утворенні пігментів має місце альдольна конденсація карбонових проміжних сполук або продуктів їх наступних реакцій. На цій стадії в реакції знову вступають амінокислоти, що приводять до утворення азотовмісних пігментів, які називають меланоїдинами. Коричневий колір пояснюється невираженністю спектра поглинання в видимому діапазоні, який складається із перекриваючих один одного спектрів поглинання багатьох хромофорів. На модельних розчинах було доведено, що пігменти, які утворилися в модельних сахаро-амінокислотних середовищах не є простими речовинами. Вони являють собою суміш сполук з подібною структурою але з різною молекулярною масою (починаючи з декількох сотень). З хімічної точки зору пігменти, що утворилися в модельних середовищах є ненасиченими полікарбоксильними кислотами з розширеною системою спряжених зв’язків, включаючи карбоксильні групи. Крім того, слід зазначити наявність гідроксильної, фенольної і амінної функції.

На сьогодні чітко встановлено, що високу здатність вступати в реакцію Майєра мають лізин, L-аргенін і L-гістидин, що призводить до зменшення їх вмісту в продукті.

На реакцію меланоїдиноутворення впливають такі фактори:

· температура: зростання температури на 10°С збільшує швидкість реакції у 2 – 3 рази;

· вологість: як дуже низька, так і дуже висока вологість стриму потемніння, найбільше потемніння має місце при проміжній вологості;

· іони металів: більш інтенсивне потемніння відбувається за наявності іонів міді і заліза;

· структура сахарів: здатність утворювати коричневі пігменти зменшується в ряду для пентоз D-глюкози, L-арабінози, для гексоз – D-галактоза, D-маноза, D-глюкоза, D-фруктоза, для дисахаридів – мальтоза, лактоза, сахароза;

· характер амінокислоти: чим далі від карбонільної групи розміщена аміногрупа, тим активніша дана амінокислота в реакції Майєра.

Реакції Майєра може бути небажаною для деяких технологічних процесів і продуктів, які при цьому виробляються. Перебіг цієї реакції можна інгібувати рядом факторів:

· значним зменшенням вологості (для сухих продуктів), зниженням концентрації сахарів (розведенням);

· зниженням рН, температури (для рідких продуктів);

· виключенням із процесу одного із компонентів, частіше сахар;

· використання сульфітації. Оксид сірки SО₂ призупинення. Реакцію потемніння харчових продуктів, але сульфітація обмежується можливістю утворення у харчових продуктах малотоксичних компонентів.

Процес меланоїдиноутворення має як позитивний так і негативний вплив на якість харчових продуктів, що необхідно враховувати в різних технологіях при виробництві різних харчових продуктів.

· В залежності від виду продукту утворення меланоїдинових пігментів та розвиток запаху може бути бажаним або небажаним.

· Може мати місце втрата незамінних амінокислот, особливо лімітуючи, що веде до зменшення харчової цінності.

· Проміжні продукти реакції Майєра мають антиоксидантну активність і стримують окиснення жирних кислот, що позитивно впливає на якість в процесі зберігання харчових продуктів.

· Утворення продуктів реакції Майєра не лише веде до втрат амінокислот, а і погіршує біологічну активність білків.

В цілому продукти реакції карамелізації і меланоїдиноутворення та супутні їм ароматичні речовини мають велике значення для покращання кольору та аромату харчових продуктів (хліба, кондитерських виробів, молочних, безалкогольних та пива).

Реакції мелаїдиноутворення мають важливе значення у процесах переробки харчової сировини і впливають на якість готових продуктів. Особливо інтенсивно такі процеси відбуваються при високих температурах, наприклад, при випіканні хліба, сушці овочів, фруктів, одержанні сухого молока тощо. Утворення смачної, хрусткої, золотисто-коричневої скоринки хліба, зовнішній вигляд, смак і запах готових м'ясних продуктів пов'язані з мелаїдиноутворенням.

З мелаїдиноутворенням пов'язане потемніння сиропу під час його упарювання, зниження виходу спирту під час переробки кукурудзи низької якості, формування кольору і аромату під час «томління» червоного солоду і затору у пивоварінні. Продукти, які утворюються під час одержання вина, виготовленні коньяку та шампанського в результаті процесу мелаїдиноутворення, впливають на колір, смак і аромат напоїв. В результаті дуже тривалого протікання процесів мелаїдиноутворення під час довготривалої витримки вина останнє втрачає свої первинні органолептичні властивості. З реакціями мелаїдиноутворення пов'язане потемніння фруктових соків під час зберігання, зовнішній вигляд, смак і запах готових м'ясних продуктів.

Під час мелаїдиноутворення можуть зв'язуватися до 25% білків, вітамінів, амінокислот, знижується активність ферментів і багатьох біологічно активних сполук, тим самим знижується харчова цінність готових продуктів.

Нагрівання моносахаридів і дисахаридів до 100°С і вище приводить до змін їх хімічного складу, стає яскравішим колір продуктів, збільшується кількість редуційованих речовин. У харчовому виробництві важливе місце займає карамелізація сахарози, глюкози та фруктози. Основний вуглеводний компонент кондитерських виробів – сахароза, при нагріванні в ході технологічного процесу у слабкокислому або нейтральному середовищі підлягає частковій інверсії з утворенням глюкози та фруктози, які далі також підлягають перетворенню. При відщепленні двох молекул води від сахарози утворюється карамелан (розчинна у воді сполука жовтого кольору), при відщепленні трьох молекул води – карамелей (має яскраво-коричневий колір) і потім – карамелин (важко розчинна у воді сполука). Ступінь полімеризації утворених продуктів може бути різним. Схематично процес перетворень вуглеводів при нагріванні можна записати так:

nС₁₂Н₂₂О₁₁ 2nС₆Н₁₂0₆ 2nС₆Н₁₀О₅

Дисахариди Моносахариди Ангідриди

моносахаридів

продукти конденсації (реверсії)

Оксиметилфурфурол

Забарвлені і гумінові речовини

Левулинова кислота

та

Дата добавления: 2015-05-24