Изменения углеводов пищевых продуктов

Влияние жарки на пищевую ценность жира

При жарке пищевая ценность жира снижается вследствие уменьшения содержания в нем жирорастворимых витаминов, незаменимых жирных кислот, фосфатидов и других биологически активных веществ, а также за счет образования в них неусвояемых компонентов и токсических веществ.

Токсичность гретых жиров связана с образованием в них
циклических мономеров и димеров. Этивещества образуются из
полиненасыщенных жирных кислот при температурах свыше
200⁰С. Приправильных режимах жарки они появляются в фри-
тюрных жирах в очень небольших количествах. Токсичность этих
веществ проявляется при большом содержании их в рационе.

Продукты окисления жира, раздражая кишечник и оказывая
послабляющее действие, ухудшают усвояемость не только самого
жира, но и употребляемых вместе с ним продуктов. Отрицательное
действие термически окисленных жиров может проявляться при
ихвзаимодействии с другими веществами. Так, они могут вступать
в реакцию с белками, ухудшая ихусвояемость, а также частично
или полностью инактивировать некоторые ферменты и разрушать
многие витамины.

Качество фритюрных жиров необходимо периодически контро-
лировать в процессе их использования.

Предельно допусти-
мая норма содержания продуктов окисления и полимеризации
в фритюрных жирах не должна превышать 1%.

Углеводы составляют значительную часть рациона питания че­ловека. Пища растительного происхождения в первую очередь со­держит углеводы.

Все углеводы делятся на простые (монозы) и сложные (олигосахариды, полисахариды). Простыми углеводами называют углево­ды, не способные гидролизоваться с образованием более простых соединений.

Основными представителями моносахаров (моноз) являются глюкоза и фруктоза, которые играют важную роль в пищевой тех­нологии и являются важными компонентами продуктов питания и исходным материалом (субстратом) при брожении.

В природе широко распространены также арабиноза, рибоза, ксилоза, главным образом в качестве структурных компонентов сложных полисахаридов (пентозанов, гемицеллюлоз, пектиновых веществ), а также нуклеиновых кислот и других природных поли­меров.

Молекулы полисахаридов построены из различного числа ос­татков моноз. Наиболее широко распространены дисахариды маль­тоза, сахароза и лактоза (молочный сахар).

Высокомолекулярные полисахариды состоят из большого чис­ла остатков моноз (до 6 — 10 тыс.). Они делятся на гомополисахариды, построенные из остатков моносахаридов одного вида (крах­мал, гликоген, клетчатка), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов.

С точки зрения пищевой ценности углеводы делятся на усвояемые и неусвояемые. К усвояемым относятся все моно- и дисахари­ды, крахмал, гликоген, к неусвояемым — клетчатка, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, лигнин. Эти полисахариды входят в состав клеточных стенок растений, называются пищевыми волок­нами и не усваиваются нашим организмом, так как ферменты же­лудочно-кишечного тракта человека не расщепляют их.

Физиологическая роль отдельных углеводов заключается в сле­дующем.

Глюкоза Является сахаром, в виде которого углеводы циркулируют в крови, а также питательным веществом для мозга.

Фруктоза Имеет особый путь превращения в печени в гликоген. Для этого не требуется инсулин, поэтому фруктоза может потребляться людьми, страдающими сахарным диабетом.

Лактоза Подавляет нежелательную микрофлору желудочно-кишечного тракта. Лактоза способствует развитию молочнокислых бактерий, которые подавляют рост патогенных микроорганизмов.

Мальтоза Сахар для страдающих болезнями желудочно- кишечного тракта, так как не сбраживается в кишечнике.

Сахароза Очень легко усваивается. Не имеет специфических положительных функций. Несет только энергетические функции.

Ощущение сладкого, воспринимаемое рецепторами языка, то­низирует центральную нервную систему. Наиболее сладким саха­ром является фруктоза.

Таблица 2 - Относительная сладость некоторых сахаров, %

Сахара	Сладость,%
Сахароза
Фруктоза
Глюкоза
Галактоза	32,1
Мальтоза	32,5
Лактоза
Инвертный сахар

Крахмал — полисахарид, являющийся смесью полимеров двух типов, отличающихся пространственным строением — амилозы и амилопектина. Является резервным полисахаридом растений (зер­но, картофель). Крахмал в отличие от сахарозы не приводит к бы­строму увеличению сахара в крови и является основным источни­ком глюкозы.

В ходе гидролиза постепенно идет деполимеризация крахмала с образованием декстринов, затем мальтозы, а при полном гидро­лизе — глюкозы.

Крахмальные зерна при обычной температуре не растворяются в воде, при повышении температуры набухают, образуя вязкий колло­идный раствор. Этот процесс называется клейстеризацией крахмала.

Гликоген (животный крахмал) — основной запасный углевод, биополимер, состоящий из остатков глюкозы, является компо­нентом всех тканей животных и человека. Он служит важным ис­точником энергии и резервом углеводов в организме. Кроме того, гликоген участвует в регуляции водного баланса клеток. Значитель­ная часть гликогена связана в клетках с белками.

Наиболее высокое содержание гликогена наблюдается в пече­ни, в среднем (2—6)% массы влажной ткани. Хотя концентрация этого полисахарида в мышцах значительно ниже (0,5 — 1,5) %, од­нако в норме 2/3 от общего его количества находится в мышцах.

Избыток потребления усвояемых углеводов приводит к разви­тию многих болезней, в первую очередь, ожирения, а также диа­бета и атеросклероза.

Неусвояемые в организме человека углеводы: целлюлоза (клетчатка), пектиновые вещества, или пищевые волокна, обладают рядом полезных свойств, без которых организму человека очень сложно хорошо функционировать. Так, клетчатка создает благоприятные условия для продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту, норма­лизует деятельность полезных микроорганизмов кишечника, спо­собствует выведению из организма холестерина, создает чувство насыщения, чем снижает аппетит. Однако чрезмерное потребле­ние клетчатки приводит к уменьшению усвояемости основных пи­щевых веществ.

Пектин способствует выведению из организма тяжелых метал­лов, участвует в подавлении жизнедеятельности гнилостных мик­роорганизмов. Он эффективнее, чем клетчатка, способствует сни­жению холестерина в крови и удалению желчных кислот. Больше всего пектина содержится в вишне, яблоках, абрикосах, черной смородине.

Углеводы при хранении и переработке пищевого сырья претер­певают разнообразные и сложные превращения. Это в первую оче­редь кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов, сбраживание моносахаридов, меланоидинообразование и карамелизация.

Потребность человека в углеводах связана с его энергетическими затратами и равна (365 — 500) г/сут, в том числе крахмала (350—400) г/сут, моно- и дисахаридов (50—100) г/сут, пищевых волокон до 25 г/сут.

Физико-химические и биохимические изменения, происходя-
щие с углеводами в процессе технологической обработки продук-
тов, существенно влияют на качество готовых изделий.

В процессе технологической обработки пищевых продуктов
сахара могут подвергаться кислотному и ферментативному гидро
лизу, атакже глубоким изменениям, связанным с образованием
окрашенных веществ (карамелей и меланоидинов).

Принагревании дисахариды под дей-
ствием кислот илив присутствие ферментов гидролизуются до моносахаридов. Сахароза в водных растворах под влиянием кислот присоединяет молекулу воды и расщепля-
ется на равные количества глюкозы и фруктозы. Полученная смесь
глюкозы и фруктозы вращает плоскость поляризации не вправо,
как сахароза, а влево. Такое преобразование правовращающей
сахарозы в левовращаюшую смесь моносахаридов называется
инверсией, а эквимолекулярная смесь глюкозы и фруктозы- -
инвертным сахаром. Последний имеет более сладкий вкус, чем
сахароза. Инвертный сахар образуется, например, при варке кисе-
лей, компотов, запекании яблок с сахаром.

Степень инверсии сахарозы зависит от продолжительности
тепловой обработки, а также вида и концентрации содержащейся
в продукте кислоты.

Карамелизация. Нагревание сахаров при температурах, превы-
шающих 100⁰С, в слабокислой и нейтральной средах приводит к
образованию сложной смеси продуктов, свойства и состав которой
изменяются в зависимости от степени воздействия среды, вида и
концентрации сахара, условий нагревания и т. д.

Нагревание
глюкозы в слабокислой и нейтральной средах вызывает дегидрата-
цию сахара с выделением одной или двух молекул воды. Ангидри-
ды сахаров могут соединяться друг с другом или с неизмененным
сахаром и образовывать так называемые продукты реверсии (кон-
денсации). Под продуктами реверсии, образующимися при раз-
ложении сахаров, понимают соединения с большим числом глю-
козных единиц в молекуле, чем у исходного сахара.

Последующее тепловое воздействие вызывает выделение треть-
ей молекулы воды с образованием оксиметилфурфурола, который
при дальнейшем нагревании может распадаться с разрушением
углеводного скелета и образованием муравьиной и левулиновой
кислот или образовывать конденсированные (окрашенные)соеди-
нения.

По мере нагревания сухой сахарозы отщепляется все больше молекул воды, в результате чего образуется большое количество продуктов разложения, в том числе производных фурфурола, альдегидов, акролеина, двуокиси углерода, смеси ангидридов.

При отщеплении от молекул сахарозы двух молекул воды образуется карамелан (С₁₂Н₁₈О₉) – вещество светло – соломенного цвета, растворяющееся в холодной воде. При отщеплении от трех молекул сахарозы восьми молекул воды карамелен (С₃₆Н₅₀О₂₅ ), имеющий ярко – коричневый цвет с рубиновым оттенком. Карамелен растворяется в холодной и кипящей воде. Более сильное обезвоживание нагреваемой массы приводит к образованию темно – коричневого вещества – карамелина (С₂₄Н₃₀О₁₅ ), которое растворяется только в кипящей воде. При длительном нагревании образуются гуминовые вещества, растворимые только в щелочах.

Продукты карамелизации сахарозы являются смесью веществ различной степени полимеризации, поэтому деление их на карамелан, карамелен, карамелин условное; все эти вещества можно получить одновременно.

Меланоидинообразование. При взаимодействии альдегидных
групп альдосахаров с аминогруппами белков, аминокислот образу-
ются различные карбонильные соединения и темноокрашенные
продукты — меланоидины.

СН₂ – NН – – СН₂ – NН – – CН₂ СН₃ СН₃ Восстановление

Метилглиоксаль

│ │ │ │ │

С=О СОН - Амин СОН С – О СОН

│ ║ │ │ │

Диацетил

НСОН СОН С – О С – О СОН

║

СОН

Ацетон

1 – Дезокси- 2,3 – Единол

1 – Амино –

Ацетальдегид

2 – кетоза +Амин

-Н₂О

НС = О Н₂ N – – НС = N – – НС – NН – – + Амин

│ │ ║

НСОН НСОН СОН

│ │ │

Меланоидины

НСОН НСОН Н – СОН

Альдоза+ N – замещенный 1,2 – Енаминол

амин гликозиламин

(аминокислота)

– (ОН –)

НС=О + Амин

Фурфурол

(+) │

СН= NН – – НС=О С=О

│ │ │

Оксиметилфурфурол

СОН +Н₂О С=О Н₂О СН Н₂О

║ │ ║

СН СН₂ СН

- Амин

3 – Дезоксиозон

Рисунок 1 - Основные пути реакции Майара и образование компонентов, обладающих ароматическими свойствами

Реакция впервые была описана в
1912 г. Майаром.

Альдегиды, полученные из аминокислот, являются эффективными ароматообразующими веществами.

Сравнительно простую структуру имеют другие вещества,
образующиеся в процессе покоричневения — пиразины, среди
которых преобладают короткоцепочечные соединения.

Продукты реакции меланоидинообразования оказывают различ-
ное влияние на органолептические свойства готовых изделий:
заметно улучшают качество жареного и тушеного мяса, котлет,
но ухудшают вкус, цвет и запах бульонных кубиков, мясных
экстрактов и других концентратов.

Продукты реакции Майара обусловливают аромат сыра, свеже-
выпеченного хлеба, обжаренных орехов. Образование тех или
иных ароматических веществ зависит от природы аминокислот,
вступающих в реакцию с сахарами, а также от стадии реакции.
Каждая аминокислота может образовывать несколько веществ,
участвующих в формировании аромата пищевых продуктов.

Следствием меланоидинообразования являются нежелательные
потемнение и изменение аромата и вкуса в процессе нагревания
плодовых соков, джемов, желе, сухих фруктов и овощей, что
обусловливает увеличение содержания альдегидов и потери неко-
торых аминокислот и сахаров.

Процесс меланоидинообразования, с одной
стороны, снижает пищевую ценность готового продукта вслед-
ствие потери ценных пищевых веществ, с другой стороны, улучша-
ет органолептические показатели кулинарных изделий.

3.5.1 Изменения крахмала

Крахмал содержится в растениях в виде отдельных зерен.
В зависимости от типа растительной ткани эти зерна могут иметь
различные размеры - от долей до 100 мкм иболее.

Крахмальное зерно — это биоло-
гическое образование с хорошо организованными формой и структу-
рой. В центральной части его имеется ядро, называемое зароды-
шем, или«точкой роста» вокруг которого видны ряды концентри-
ческих слоев «колец роста». Толщина слоев крахмальных зерен
составляет примерно 0,1 мкм.

Амилопектин, который является одним из самых
крупных полимеров, имеет большую молекулярную массу, чем
амилоза(обычно выше 10⁷ ). Полисахариды в крахмальном зерне связанымежду собой главным образом водородными связями.
Молекулы полисахаридов расположены в зерне радиально.

При кулинарной обработке крахмалосодержащих продуктов
крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию
и клейстеризации. Кроме того, в нем могут протекать процессы
деструкции. Интенсивность всех этих процессов зависит от свойств самого крахмала, а такжетемпературы и продолжительности нагревания, соотношения крахмала и воды, вида и активности ферментов и др.

Растворимость. Нативный крахмал практически не растворим в холодной воде. Однако вследствие гидрофильности он может адсорбировать влагу до 30% собственной массы. Низкомолекулярные полисахариды, в частности амилозы, содержащие до 70 глюкозных остатков, растворимы в холодной воде. При увеличении длины молекулы полисахариды могут растворятся только в горячей воде. Процесс растворения крахмальных полисахаридов протекает медленно вследствие относительно большого размера молекул. Известно, что линейные полимеры перед растворением сильно набухают, поглощая большое количество растворителя, и при этом резко увеличиваются в объеме. Растворению крахмальных полимеров в воде также предшествует набу-
хание.

Набухание и клейстеризация. Набухание влияет на консистенцию, форму,
объем и выход готовых изделий из крахмалосодержащих продук-
тов. Степень набухания зависит от температуры среды и соотно-
шения воды и крахмала. При нагревании водной суспензии
крахмальных зерен до температуры 55⁰С они медленно поглощают
воду (до 50%) и частично набухают. При этом повышение вяз-
кости не наблюдается. При дальнейшем нагревании суспензии
(в интервале температур от 60 до 100⁰С) набухание крахмальных
зерен ускоряется, причем объем их увеличивается в несколько
раз.

Дисперсия, состоящая из набухших крахмальных зерен и
растворенных в воде полисахаридов, называется крахмальным
клейстером, а процесс его образования — клейстеризацией. Клейстеризация – это изменение структуры крахмального зерна при нагревании в воде, сопровождающееся набуханием.

Процесс клейстеризации крахмала происходит в определенном интервале температур, обычно от (55 до 80⁰С). Одним из признаков клейстеризации является значительное повышение вязкости крахмальной суспензии. Вязкость клейстера обусловлена не только присутствием набухающих крахмальных зерен, сколько способностью растворенных в воде полисахаридов образовывать трехмерную сетку, удерживающую большое количество воды, чем крахмальные зерна. Этой способностью в наивысшей степени обладает амилоза.

Таблица 3 - Физико – химические свойства крахмала, выделенного из различных растений

Виды крахмала	Количество амилозы, %	Температура клейстериза- ции ^0С	Степень набухания,%	Коэффициент замены
Клубневые: картофельный маниоковый бататный Зерновые: пшеничный кукурузный рисовый кукурузный амилопектиновый рисовый амилопектиновый	32,10 22,56 21,84   21,37 19,25 20,02 5,76 2,91	58-62 60-68 58-72   50-90 66-86 58-86 62-70 54-68		1,00 2,50 1,70   2,70 2,30 2,20 1,55 2,75

Отдельные виды крахмала содержат неодинаковое количество амилозы, имеют разные температуру клейстеризации и способность к набуханию.

Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах - пюре обладают относительно жидкой консистенцией вследствие невысокой концентрации в них крахмала (2-5%). Более плотную консистенцию имеют клейстеры в густых киселях (до 8% крахмала). Еще более плотная консистенция клейстеров в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, так как соотношение крахмала и воды в них 1:2 – 1:5.

На вязкость клейстеров влияют другие факторы. Сахароза в концентрациях до 20% увеличивает вязкость клейстеров, хлористый натрий в очень незначительных концентрациях — снижает.

Уменьшение вязкости клейстеров наблюдается также при снижении рН. Причем в интервале рН от 4 до 7, характерном для
многих кулинарных изделий, вязкость клейстеров снижается не-
значительно. При более низких значениях рН (около2,5)
она резко падает.

На вязкость клейстеров оказывают влияние поверхностно-ак-
тивные вещества, в частности глицериды, которые снижают вяз-
кость клейстеров, но являются их стабилизаторами.

Белки оказывают стабилизирующее действие на крахмальные клейстеры. Например, соусы с мукой более стабильны при хранении, замораживании и оттаивании, чем клейстеры на крахмале, выделенном из муки. В охлажденном состоянии крахмальный клейстер относительно высокой концентрации превращается в студень.

Ретроградация. При охлаждении крахмалосодержащих изделий
может происходить ретроградация крахмальных полисахаридов-
- переход их из растворимого состояния в нерастворимое вслед-
ствие агрегации молекул, обусловленной появлением вновь обра-
зующихся водородных связей.

Полисахариды в
крахмальных студнях высокой концентрации (изделия из теста)
быстро ретроградируют, что приводит к увеличению их жестко-
сти — черствению. Объясняется это тем, что физически связанная
с полисахаридами вода вытесняется из студня, вследствие чего
изделия приобретают более жесткую консистенцию.

Ретроградация полисахаридов усиливается при замораживании
изделий. Ретроградацию полисахаридов можно частично устранить нагреванием.

Деструкция. Под деструкцией крахмала понимают как разрушение крахмального зерна, так и деполимеризацию содержащихся в нем полисахаридов.

Прикулинарной обработке крахмалосодержащих продуктов
деструкция крахмала происходит при нагревании его в присут-
ствии воды и при сухом нагреве при температуре выше 100⁰С.
Кроме того, крахмал может подвергаться деструкции под дейст-
вием амилолитических ферментов. Изменения крахмала при сухом
нагреве называют декстринизацией.

В результате деструкции способность крахмала к набуханию
в горячей воде и клейстеризации снижается. Степень деструкции
крахмала характеризуется так называемым коэффициентом де-
струкции, определяемым по формуле:

К_v1 – K_v2

КД=,

K_v2

где К_v1, степень набухания продукта до обработки, %;

K_v2 — степень набухания продукта после обработки, %.

Коэффициенты деструкции крахмала при изготовлении раз-
личных кулинарных изделий неодинаковы и зависят от вида про-
дукта и условий его обработки (табл. 3).

Увеличение температуры предварительного нагрева крахмала до 150⁰С вызывает более глубокую деструкцию полисахаридов. В этом случае амилоза деполимеризуется до такого состояния, что легко вымывается холодной водой, появляется и растворимая фракция амилопектина.

Таблица 4 - Коэффициенты деструкции крахмала

Вид термической обработки	Коэффициент деструкции
Пассерование муки: нагрев до 120^0С (белая пассеровка) нагрев до 150^0С (красная пассеровка) Обжаривание и подсушивание круп: гречневой риса Варка каш: гречневой (из обжаренной крупы) Жарка во фритюре полуфабрикатов крекеров Выпечка изделий: из дрожжевого теста слоеного (пресного теста) Обработка под давлением: риса пшена кукурузы	0,05 1,94   0,33-0,49 0,61-1,58   0,39-0,75 1,99   3,0-3,5 4,0-4,5   20-32

При изготовлении соусов используют пшеничную муку, предварительно прогретую в течении нескольких минут до 120⁰С (так называемая белая пассеровка) или до 150⁰С (красная пассеровка).

Для получения соуса одинаковой консистенции красной пассеровки расходуется в 2 раза больше, чем белой.

Ферментативная деструкция наблюдается при изготовлении дрожжевого теста
и выпечке изделий из него, варке картофеля и др.

Амилолитические ферменты содержатся в муке, дрожжах, специальных препаратах, добавляемых в тесто для интенсификации
процесса брожения. В муке присутствуют в основном два вида
амилолитических ферментов — α — и β-амилазы.

α -амилаза вызывает частичную деполимеризацию
крахмала с образованием низкомолекулярных полисахаридов,
а продолжительный гидролиз приводит к образованию мальтозы
и глюкозы.

β-амилаза гидролизует амило-
зу и боковые цепи амилопектина до мальто-
зы. Конечным про-дуктом являются высокомолекулярные остаточные декстрины.

В пшеничной муке обычно активна β -амилаза, активная α -ами
лаза встречается в муке из дефектного зерна (проросшего и др.).

Накопление мальтозы в тесте в результате действия β -амила-
зы интенсифицирует процесс брожения, так как этот сахар явля-
ется субстратом для жизнедеятельности дрожжей.

Степень деструкции крахмала под действием β -амилазы уве-
личивается с повышением температуры теста и продолжитель-
ности замеса. Кроме того, она зависит от крупности помола муки
и степени повреждения крахмальных зерен. Чем больше повреж-
денных крахмальных зерен в муке, тем быстрее протекает фермен-
тативная деструкция.

Ферментативная деструкция крахмала продолжается и при выпечке изделий, особенно в начальной ее стадии до момента
инактивации фермента. При выпечке этот процесс проходит бо-
лее интенсивно, чем при приготовлении теста, гак как оклейсте-
ризованный крахмал легче гидролизуется ферментами.

Инактивация β -амилазы при выпечке происходит при темпера-турах до 65⁰С.

При повышенной активности α - амилазы образуются продукты
деструкции, ухудшающие качество изделий из теста — мякиш по-
лучается липким, а изделия — непропеченными.

Модификации крахмала. Крахмальные полисахариды являются весьма лабильными, реакционноспособными соединениями. Они активно взаимодействуют с ионами металлов, кислотами, окислителями, поверхностно – активными веществами. Это позволяет модифицировать молекулы крахмала – изменять их гидрофобность, способность к клейстеризации и студнеобразованию, а также механические характеристики студней. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, а другие ограничивают набухание.

Обширную группу продуктов из обычных или модифицированных крахмалов путем деструкции с помощью кислот, щелочей и др., а также в результате действия физических факторов: температуры, механической обработки, замораживания, оттаивания и др.

Если реакция протекает в кислой среде, то наблюдаются процессы деструкции, которые приводят к получению целого ряда продуктов – жидкокипящего крахмала (с низкой вязкостью), патоки, глюкозы.

Модифицированный крахмал применяют при изготовлении желейных изделий, мучных кондитерских изделий, отделочных полуфабрикатов типа кремов, в качестве загустителей и стабилизаторов для соусов, мороженого и др. Крахмалопродукты со структурой, подобной образующейся при выпечке хлеба, получают в результате нескольких циклов замораживания и оттаивания крахмальной дисперсии, при этом образуется пористый крахмал, нерастворимый в холодной воде. Применяют его после пропитывания сиропами в качестве начинки для конфет.

Дата добавления: 2015-07-02