Биохимические и химические изменения растительного сырья при консервировании

В процессе консервирования плодов и овощей сырье и полуфабрикаты подвергают различным видам обработки: механической (чистка, резка, притирание, прессование и др.), физической и термической (теплом и холодом) и др. Все воздействия, даже кратковременные, могут вызывать глубокие биохимические изменения, сказывающиеся не только на внешнем виде, но и на пищевой и биологической ценности консервов. При этом часто изменяется природный цвет плодов и овощей, их аромат, вкус и другие показатели потребительской ценности продукции.

В процессе консервирования плодоовощного сырья тем или иным способом могут происходить следующие основные изменения:

- сахароаминные (меланоидиновые) реакции между редуцирующими сахарами и аминокмслотами или полипептидами;

- окислительные превращения комплекса полифенольных соединений, включая дубильные вещества, антоцианы, производные пирокатехина и др.;

- полимеризация продуктов окисления полифенолов, образование комплекса с металлами, реакции флавоноидов с аминокислотами и др.;

- карамелизация сахаров;

- распад аскорбиновой кислоты и некоторых других витаминов;

- окисление кислот (лимонной, яблочной, винной и др.);

- окисление соединений железа и образование цветных комплексов;

- образование окрашенных сульфидов металлов, в первую очередь железа, меди, олова и др.

Однако при всем многообразии указанных процессов основным причинами, вызывающими изменение природного цвета и других органолептических показателей консервов и сушеных плодов и овощей, являются меланоидиновые реакции и различные превращения полифенольного комплекса.
Меланоидиновые реакции начинаются на первых же этапах тепловой обработки. Реакции меланоидинообразования представляют собой сложный комплекс взаимопревращений углеводов и аминокислот клетки, в результате которых образуются меланоидины, гуминовые вещества и меланины — пигменты коричневого, черного и бурого цвета (по-гречески меланин — черный), они не усваиваются и не перевариваются в организме человека. Кроме того, промежуточные продукты процесса меланоидинообразования могут иметь неприятные вкус и запах. Кроме ухудшения органолептических свойств происходит снижение биологической ценности продуктов за счет вовлечения белковых веществ и аминокислот в сахароаминные реакции. Наличие в среде 65—70 % влаги наиболее оптимально для таких реакций, однако они могут протекать и в сушеных плодах и овощах. На скорость меланоидинообразования оказывают влияние кислотность среды и температура. Реакции усиливаются при изменении рН от З до 9 и температуры от 0 до 90 °С.
Кроме аминокислот с редуцирующими сахарами реагируют белковые вещества, имеющие свободные аминные группы.

Многочисленные исследования подтверждают значительную роль меланоидинообразования не только при производстве консервированных и сушеных плодов и овощей, но также и в процессе их хранения. Все виноградные сиропы и концентраты, яблочный, цитрусовые и томатный соки темнеют во время хранения. Темнеет при длительном хранении и сушеная продукция, что необходимо учитывать при производстве и хранении консервированных продуктов.

При консервировании концентрированных продуктов, богатых сахарами (варенье, джем, повидло), происходит карамелизация сахаров. Реакции карамелизации сахаров особенно интенсивно протекают при температурах их плавления 95... 180 °С. Однако продукты карамелизации могут образовываться и при более низких температурах. Начальный период карамелизации сводится к дегидратации, получению ангидридов глюкозы, фруктозы, сахарозы и других соединений, бесцветных в чистом виде. На следующем этапе происходит более глубокая дегидратация и полимеризация дегидратированных сахаров с образованием желто-коричневых продуктов, природа которых еще недостаточно изучена. Среди продуктов карамелизации находятся ангидриды моно- и дисахаров, продукты более глубокой дегидратации, например карамелан (желтого цвета), карамелен (коричневого цвета) и карамелин (буро-черного цвета). Причем при карамелизации сахаров параллельно протекают и сахароаминные реакции.

При консервировании растительного сырья на изменение окраски кроме описанных выше реакций могут влиять ферментативные и неферментативные процессы, протекающие с участием многих полифенольных соединений, в частности антоцианов, лейкоантоцианов, катехина, хлорогеновой и других оксикоричных кислот. Полифенолы, имеющие группировки хинонов, реагируют с сахарами и ускоряют их дегидратацию. Одновременно при взаимодействии с аминокислотными соединениями они дают смесь различных альдегидов и других промежуточных продуктов, которые превращаются в дальнейшем в соединения типа меланоидинов. Известно, что при нагревании полифенолов (пирокатехина, пирогаллола и др.) довольно быстро появляются коричневые тона, которые усиливаются в присутствии аминокислот.
Широко применяемые при переработке растительного сырья механические операции дробления, резки, протирания и др. при наличии активной полифенолоксидазы или других окислительных ферментов ускоряют окислительные процессы и образование темных пигментов за счет увеличения доступа кислорода и площади соприкосновения субстрата с ферментом. Однако в присутствии аскорбиновой кислоты или других активных восстановителей промежуточные продукты типа хинонов могут активизировать протекание обратных реакций и тормозить этим потемнение полуфабриката.

Таким образом, взаимосвязь, динамическое равновесие между фенольными соединениями разной природы, активностью ферментов, наличием кислорода и лабильных восстановителей (аскорбиновая кислота, сернистый ангидрид), ингибиторов ферментов (бланширование) являются важнейшим фактором сохранения натурального цвета сырья и готовых консервированных продуктов.

На пищевые продукты отрицательно влияют металлы, из которых изготовлено оборудование, а также малые количества металлов и их катионы, находящиеся в воде, добавках или в самих продуктах. Их вредное влияние обусловлено целым рядом причин. Металлы могут выступать в роли катализаторов окислительных процессов и в первую очередь приводить к окислению витаминов, жиров и органических кислот. Ионы металлов влияют на значение рН и вызывают изменение окраски продукции. При контакте железа с дубильными веществами образуются соединения грязных тонов, обладающие горькими вяжущим вкусом. Катионы меди и некоторых других металлов вызывают коагуляцию коллоидных веществ. С хлорофиллом и дубильными веществами медь образует окрашенные соединения неприятного вкуса. При расщеплении белков может образовываться сероводород, который взаимодействует с цинком и серебром с образованием сульфидов темно-коричневого или черного цвета. С участием металлов протекают различные электрохимические реакции. Кроме того, тяжелые металлы относятся к токсичным соединениям. Поэтому металлы, легко подвергающиеся коррозии,

нельзя использовать для изготовления контактирующего с продуктами оборудования или его частей, например ножей, перемешивающих устройств, вспомогательного оборудования.

Описанные выше процессы характерны для консервирования всех видов плодов и овощей. При консервировании могут протекать также химические процессы, характерные для определенных видов консервов. В консервах, изготовленных из сырья, богатого белковыми соединениями, при стерилизации образуются сернистые соединения (сероводород, меркаптаны), которые вступают в химическое взаимодействие с оловом жести и образуют синевато-коричневые пятна сернистого олова на крышках стеклянных банок и на внутренней поверхности металлической тары. Образование сульфидных пленок наблюдается в мясорастительных консервах, зеленом горошке, цветной капусте, кукурузе и некоторых других. для предотвращения этого явления нужно применять белую жесть, покрытую эмалью (лак с добавлением пасты из окиси цинка). Образующийся в этом случае сульфид цинка имеет белый цвет, поэтому не изменяет цвета банок.

Некоторые виды фруктовых консервов, изготовленных из красной черешни, вишни, черной смородины и других фруктов, при соприкосновении с оловянным покрытием белой жести, из которой изготовлена тара или крышка, могут приобретать неестественную окраску черно-лилового оттенка. Причина — реакция между красящими веществами (антоцианами) и солями олова, имеющими лиловый цвет. Это изменение цвета не влияет на доброкачественность консервов. Лакирование белой жести предотвращает изменение цвета только при полной непроницаемости защитных пленок.
Иногда при вскрытии стеклянных банок на внутренней поверхности жестяных крышек и на венчике горла банки образуется темный налет. Это наиболее характерно для консервов, богатых белками, особенно мясорастительных. В этом случае происходит реакция между сероводородом, выделяющимся при стерилизации указанных консервов, и железом, обнажающимся в результате повреждения оловянного покрытия на жестяной крышке по окружности банки при укупорке. Этот налет сернистого железа не является вредным для здоровья человека.

При хранении виноградного сока или компота иногда выпадает кристаллический осадок, напоминающий кусочки стекла. Он представляет собой труднорастворимую кислую калиевую соль винной кислоты, так называемый винный камень. Эта соль образуется в результате взаимодействия содержащихся в виноградном соке и винограде калиевых солей и винной кислоты. Производство виноградного сока предусматривает предварительное удаление винного камня. Однако не всегда удается удалить его полностью, и в процессе хранения образующаяся соль постепенно осаждается в виде мелкокристаллического осадка. Подобный осадок лишь незначительно влияет на внешний вид продукта, вызывая его помутнение.

При хранении овощных (главным образом икры) и фруктовых консервов может потемнеть верхний слой в результате окислительных реакций при соприкосновении продукта с воздухом, находящимся в свободном пространстве банки над продуктом. Это потемнение невредно и не влияет на качество продукта, но ухудшает его потребительские свойства. Для устранения указанного дефекта необходимо применять вакуум-укупорочные машины, расфасовывать в банки горячий продукт, компоты и маринады заливать так, чтобы содержимое банки было полностью покрыто заливкой.

В банках с зеленым горошком возможен небольшой осадок белого цвета, который представляет собой крахмал. Количество осадка зависит от зрелости горошка и количества зерен с лопнувшей кожурой. При переработке горошка в молочной стадии зрелости осадок крахмала отсутствует.
В результате изменения коллоидной системы сока в процессе стерилизации может образовываться муть и осадок даже в осветленных плодовых соках в результате окисления пигментов и дубильных веществ, которые образуют при этом нерастворимые соединения, выпадающие в осадок. Помутнение сока зависит от его минерального состава, активной кислотности и связано с температурным режимом производственного процесса и хранения.
Потемнение груш, встречающееся при производстве компотов, обусловлено окислением дубильных веществ.

Порозовение груш, иногда встречающееся в компотах, вызывается продуктами конденсации дубильных веществ под влиянием длительного воздействия высоких температур. При наличии солей олова, а также хранении при повышенных температурах порозовение груш усиливается.
Высушивая пищевое сырье, стремятся удалить влагу, не затрагивая других ценных составных частей и сохраняя соответствующие органолептические и физические качества продукции — высокую набухаемость и хорошую развариваемость.

Сушка при низких температурах (воздушно-солнечная и вакуум-сушка) связана в основном с протеканием ферментативных процессов и изменениями в количественном и фракционном составе углеводов, белков, полифенолов, дубильных, красящих, ароматических веществ и витаминов.
При высоких температурах для сушки требуется меньше времени, при этом биохимические процессы в продукции протекают более медленно. При сушке вследствие активного действия гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов изменяется соотношение между простыми и сложными углеводами. В начальный период увеличивается содержание сахаров и уменьшается количество крахмала и гемицеллюлоз, а затем происходят их потери за счет реакций окисления. Часть сахаров образует при этом продукты неполного окисления, которые в кислой среде при нагревании легко вступают в реакции меланоидинообразования и карамелизации. Кроме того, в растительных тканях происходят биохимические и коллоидно-химические изменения белков и пектиновых веществ, которые влияют на способность продукции к восстановлению после сушки. Следует также учитывать, что при высушивании вместе с парами воды удаляются различные летучие вещества, формирующие аромат продукта. Установлены потери витамина С, каротиноидов, витаминов группы В.

Основной фактор, определяющий изменение качества при производстве и хранении быстрозамороженных продуктов, — ферментативные процессы, катализируемые оксидоредуктазами и гидролазами. При замораживании наиболее распространенным способом инактивации ферментов является бланширование. однако полностью инактивировать таким образом ферментативные процессы не удается. Низкие температуры резко снижают активность ферментов, причем активность оксидаз снижается в большей степени, чем гидролаз. Однако даже при очень низких температурах, когда микробиологическая активность в замороженных продуктах подавлена, ферменты еще могут действовать, так как часть воды при любом промышленном способе замораживания не превращается в лед.

Фенолоксидазы и полифенолоксидазы способствуют окислению фенольных соединений. Окисленные ткани имеют темную окраску, неприятные запах и вкус.

Аскорбаза окисляет аскорбиновую кислоту (витамин С) в растительных тканях, снижая биологическую ценность готового продукта.
В результате действия гидролитических ферментов окисляются красящие вещества (антоцианы), изменяется химический состав, а также происходят другие изменения, влияющие на пищевую ценность продуктов и их товарное качество. Например, танназы расщепляют дубильные вещества и снижают вяжущий вкус замороженных плодов. Поэтому для замороженных продуктов, как ни для какой другой продукции, важно соблюдение точных температурных режимов хранения, так как любые колебания температуры, даже на 0,5... 1 °С, приводят к необратимым физико-химическим процессам, вызывающим снижение качества и способности к дефростации замороженных плодов и овощей.

Дата добавления: 2014-01-07