Меланоидинообразование. Нагревание сахаров до высоких температур вызывает их глубокие изменения с появлением новых темно-окрашенных продуктов

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.

Для протекания реакции меланоидинообразования необходимо присутствие редуцирующих сахаров (альдозы, которые теряют воду и превращаются в N – замещенный глюкозиламин) и аминной группы аминокислоты, полипептидов и белков.

Реакция меланоидинообразования происходит в процессе хранения продуктов, ускоряется при повышении температуры и проявляется при пастеризации, варке, дегидратации. Неэнзиматическое побурение наблюдается в процессе хранения соков, сухофруктов, сгущенного молока, яичного порошка, сухого молока и т.д. Потемнение цвета и появление нежелательного вкуса и запаха продукта расценивается как потеря пищевой ценности. В некоторых случаях этот процесс положителен, например, появление корки при выпечке хлебобулочных изделий, специфический вкус и запах жареного мяса и картофеля и др.

Реакция меланоидинообразования в общем виде – это реакция термической конденсации углеводов и белков, а меланоидины – это гетерогенная группа высокомолекулярных соединений, образование которых сопровождается накоплением в пищевой системе продуктов деструкции углеводов, аминокислот и остатков их совместного взаимодействия.

Меланоидинообразование – это многоступенчатая реакция, в которой одновременно принимает участие много веществ. Поэтому определение конечных продуктов в полном составе невозможно, а разделение процесса на стадии является чисто условным. Реакция впервые была описана в 1912 году Майаром и была названа в его честь.

Начальным этапом меланоидинообразования является образование сахароаминных комплексов в результате сахароаминной конденсации и их преобразование.

Сахароаминная конденсация (взаимодействие сахаров с аминокислотами с образованием N-гликозидов) – обратимая реакция, которая протекает при соотношении сахара и свободных аминогрупп 1: 1.

На течение реакции влияет как концентрация компонентов, так и сами компоненты. Наиболее интенсивно течение реакции в присутствии глюкозы, менее – полисахаридов. Это же относится и к аминной фракции. Известно, что концентрация NH₂ –группы в белках невелика, так как они в основном участвуют в образовании полипептидных цепей. Поэтому присутствие свободных аминокислот, пептидов, низкомолекулярных белков активизируют ход сахароаминной конденсации.

На второй стадии, когда появляется тёмная окраска, происходит обезвоживание и распад сахарного остатка указанного комплекса с образованием фурфурола, альдегидов, муравьиной кислоты. Это промежуточные продукты. Большая часть реакций на этом этапе касается сахарного компонента, то есть существует определенная связь между реакцией карамелизации и меланоидинообразования.

При термическом воздействии аромат образуется вследствие расщепления аминокислот по Штрекеру, происходит процесс окислительного дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот в альдегиды или кетоны, содержащий на один атом углерода меньше, чем исходная аминокислота. Альдегиды являются эффективными ароматообразующими веществами

На конечной стадии реакции меланоидинообразования наблюдается сложное сочетание различных реакций. В результате полимеризации, конденсации образуются растворимые и нерастворимые красящие вещества не установленной структуры – меланоидины. Они имеют интенсивную коричневую окраску и дают растворы, сильно флуоресцирующие в ультрафиолетовом свете.

На скорость образования меланоидинов оказывает влияние температура, реакция среды, содержание влаги в растворе, вида сахара и аминокислот.

При температурах до 100⁰С реакция меланоидинообразования протекает медленно. На ход реакции оказывает влияние присутствие водородных ионов, они тормозят эту реакцию, при рН=2,1 реакция не происходит.

Если редуцирующие сахара взаимодействуют с фосфатидами, то образуются меланофосфатиды (при жарке пирожков).

Свойства меланоидинов:

Ø растворимы в воде;

Ø являются ненасыщенными соединениями;

Ø обладают специфичным запахом и вкусом.

Для предупреждения реакции меланоидинообразования используют соединения, легко связывающиеся с карбонильными группами - перекись водорода, серная кислота. Блокировка этих реакций может быть осуществлена путём устранения одного из взаимодействующих соединений, например глюкозы или добавления фермента глюкозооксидазы, что используется при производстве яичного порошка.

Чем интенсивнее темнеет продукт, тем ниже пищевая ценность его белкового компонента.

При этом теряется от 20 до 50% свободных аминокислот. Наиболее значительны потери аминокислот и сахаров при жарке мяса. Таким образом, меланоидинообразование снижает пищевую ценность готового продукта, а с другой стороны - улучшает органолептические показатели кулинарных изделий.

Считается весьма перспективным использование меланоидиновых препаратов для имитации цвета, вкуса и запаха жареных продуктов, так как это позволяет исключить процесс жарки.

Изучение реакции меланоидинообразования позволило улучшить технологический процесс производства некоторых пищевых продуктов. Так, для улучшения вкусовых свойств пива вместо жженого солода рекомендуется применять препарат из солодовых ростков.

Доказано, что карбонильные соединения, образующиеся при окислении липидов, взаимодействуют с аминоруппами протеидов (разновидность реакции Майара). При этом образуются соединения, устойчивые к действию ферментов. Следовательно, окисленные липиды снижают биологическую и пищевую ценность белков.

Дата добавления: 2017-01-13