Превращения углеводов при производстве пищевых продуктов.

Превращения углеводов при производстве пищевых продуктов.

Углеводы при хранении пищевого сырья, его переработке в ротовые продукты

претерпевают разнообразные и сложные превращения. Они зависят от состава углеводного комплекса, условий (влажность, температура, рН среды), наличия ферментов, присутствия в перерабатываемых продуктах других компонентов, взаимодействующих с углеводами (белки, липиды, органические кислоты и т. д.).

Из этих превращений необходимо в первую очередь отметить кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов, брожение моноз, меланоидинообразование и карамелизацию.

Под меланоидинообразованием понимают взаимодействие восстанавливающих cахаров (монозы и восстанавливающие дисахариды как содержащиеся в продукте, так и образующиеся при гидролизе более сложных углеводов) с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию темно-окрашенных продуктов - меланоидннов (от греч. меланос - темный). Этот процесс получил одновременно название реакции Майяра, по имени ученого, который в 1912 г. впервые его описал. Характерные ее признаки - потемнение продукта в результате образования трудно- или нерастворимых в воде темноокрашенных соединений, снижение содержания редуцирующих cахаров и азота аминных групп, появление ароматообразующих веществ.

Меланоидинообразование - окислительно-восстановительный процесс, который представляет собой совокупность последовательно и параллельно идущих реакций. Механизм его сложен, реакция сопровождается образованием большого числа промежуточных продуктов, которые на следующих этапах взаимодействуют между собой и с исходными веществами. Скорость и глубина меланоидинообразования зависит от состава взаимодействующих продуктов, соотношения отдельных компонентов, рН среды, температуры, влажности.

Наиболее интенсивно меланоидинообразование протекает в нейтральной и щелочной средах, легче проходит в концентрированных растворах, тормозится NaHSOa, H2SO4, Н2О2 и некоторыми другими соединениями. Образующиеся в ходе меланоидинооб-разования из аминокислот и Сахаров карбонилсодержащие соединения (фурфурол, оксиметилфурфурол, ацетальдегид, изовале-риановый альдегид, диацетил и др.) принимают участие в формировании аромата и в какой-то степени вкуса готовых продуктов.

Реакция меланоидинообразования играет большую роль в процессах, происходящих при переработке пищевого сырья, и существенно влияет на качество готовых продуктов.

Особенно интенсивно идут эти процессы при повышенных температурах (выпечка хлеба, сушка овощей, фруктов, получение сухого молока и т. д.). Так, с

меланоидинообразованием связано потемнение сахарного сиропа при его упаривании, снижении выхода спирта при переработке кукурузы низкого качества, образование цвета и аромата при «томлении» красного солода и затора в пивоварении.

Образование вкусной, хрустящей, золотисто-коричневой корочки хлеба, его вкус и аромат также во многом связаны с меланоидинообразованием, протекающим главным образом при его выпечке. Продукты, образующиеся при получении вина, изготовлении коньяка и шампанского в результате процесса меланоидинообразования, влияют на их цвет, вкус и аромат. Глубоко зашедшая реакция меланоидинообразования при длительной выдержке вина - одна из причин изменения его первоначальных органолептических свойств.

С реакциями меланоидинообразования связано потемнение фруктовых соков при хранении, внешний вид, вкус и запах готовых мясных продуктов. При меланоидинообразовании может связываться до 25 % белков, витаминов, аминокислот, снижается активность ферментов и многих биологически активных соединений, тем самым снижается пищевая ценность получаемых продуктов.

Карамелизация Сахаров. Нагревание моно - и дисахаров при температуре 100 °С и выше приводит к изменению их химического состава, повышается цветность продуктов, увеличивается содержание редуцированных веществ. Глубина этих процессов, а, следовательно, и состав образующихся веществ зависит от состава Сахаров, их концентрации, степени и продолжительности теплового воздействия, рН среды, присутствия примесей. В пищевой промышленности особое значение имеет карамелизация сахарозы, глюкозы и фруктозы. Особенно чувствительна к нагреванию фруктоза, поэтому карамелизация ее протекает в 6-7 раз быстрее, чем глюкозы.

Основной углеводный компонент кондитерских изделий - сахароза, при нагревании в ходе технологического процесса в слабокислой или нейтральной среде подвергайся частичной инверсии с образованием глюкозы и фруктозы, которое претерпевают дальнейшие превращения. Например, от молекулы глюкозы может отщепиться одна или две молекулы воды (дегидратация), а образовавшиеся продукты соединиться друг с другом или с молекулой сахарозы, или может отщепиться три молекулы воды с образованием оксиметилфурфурола, дальнейшие превращения которого сопровождаются разрушением углеродного скелета и образованием разнообразных продуктов деструкции (муравьиная, левулиновая кислоты). При отщеплении двух молекул воды от сахарозы образуется карамелан - растворимое в воде соединение желтого цвета, при отщеплении трех - карамелей С36Н50О25, имеющий ярко-коричневый цвет, затем карамелин, трудно растворимое в воде соединение. Степень полимеризации образовавшихся продуктов может быть различной. Если концентрация углеводов

невелика (10-30 %), то легче протекает образование оксиметилфурфурола, при

повышенных концентрациях (70-80 %) активней идут процессы конденсации.

При изготовлении кондитерских изделий, например карамели, температуре

воздействия подвергаются высококонцентрированные растворы Сахаров (до 80 %), поэтому основными продуктами карамелмзации являются ангидриды и продукты их конденсации.

При взаимодействии с металлами и аминокислотами образуются разнообразные и сложные по составу соединения, которые ухудшают качество, повышают цветность и гигроскопичность готовых продуктов.

 

Виды углеводов

Углеводы по своей химической структуре можно разделить на простые углеводы (моносахариды и дисахариды) и сложные углеводы (полисахариды).

 

Простые углеводы (сахара)

Глюкоза – наиболее важный из всех моносахаридов, так как она является структурной единицей большинства пищевых ди- и полисахаридов. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических реакций превращаются в другие вещества и в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды – используются как «топливо» для клеток.

Глюкоза «в чистом виде», как моносахарид, содержится в овощах и фруктах.

Особенно богаты глюкозой виноград – 7,8%, черешня, вишня – 5,5%, малина – 3,9%, земляника – 2,7%, слива – 2,5%, арбуз – 2,4%. Из овощей больше всего глюкозы содержится в тыкве – 2,6%, в белокочанной капусте – 2,6%, в моркови – 2,5%.

Фруктоза является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей.

Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» - глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать

сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара.

Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 –

сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.

Основными источниками фруктозы в пище являются виноград – 7,7%, яблоки – 5,5%, груши – 5,2%, вишня, черешня – 4,5%, арбузы – 4,3%, черная смородина – 4,2%, малина – 3,9%, земляника – 2,4%, дыни – 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико – от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде – около 3,7%. Достоверно доказано, что фруктоза, обладающая значительно более высокой сладостью, чем сахароза, не вызывает кариеса, которому способствует потребление сахара.

Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.

Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращается в печени в глюкозу.

При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание - галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.

Содержание лактозы в коровьем молоке составляет 4,7%, в твороге – от 1,8% до 2,8%, в сметане – от 2,6 до 3,1%, в кефире – от 3,8 до 5,1%, в йогуртах – около 3%.

Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным

предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар – это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли. Из растительных продуктов больше всего сахарозы содержится в свекле – 8,6%, персиках – 6,0%, дынях – 5,9%, сливах – 4,8%, мандаринах – 4,5%. В остальных овощах содержание сахарозы колеблется от 0,4 до 0,7%.

При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза - солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебобулочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.

 

Сложные углеводы

Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы.

Крахмал – основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов.

Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) до 70% - в рисовой. Из злаков меньше всего крахмала содержится в овсяной крупе и продуктах ее переработки: толокне, овсяных хлопьях «Геркулес» - 49%. Макаронные изделия содержат от 62 до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта – от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки – от 35 до 51% крахмала, мука – от 56 (ржаная) до 68% (пшеничная высшего сорта). Крахмала много и в бобовых продуктах – от 40% в чечевице до 44% в горохе. Особняком стоят соя, которая содержит только 3,5% крахмала, и соевая мука (10-15,5%). По причине высокого содержания крахмала в картофеле (15-18%) в диетологии его относят не к овощам, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.

В топинамбуре и некоторых других растениях углеводы запасаются в виде полимера фруктозы - инулина. Пищевые продукты с добавкой инулина рекомендуют при диабете и, особенно – для его профилактики.

 

Норма углеводов

В норме углеводы должны обеспечивать 50-60% калорийности пищи. Исключить их из диеты нельзя, а они все-таки «виноваты» в накоплении лишней массы. Очевидно, следует искать какие-то пути, которые позволят, не исключая углеводы из пищи, ограничить их превращение в жир.