Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекция - Изменения углеводов при кулинарной обработке продуктов - файл n1.doc


Лекция - Изменения углеводов при кулинарной обработке продуктов
скачать (384.5 kb.)

Доступные файлы (1):

n1.doc385kb.01.01.2013 11:19скачать


n1.doc


РЭА им. Г.В. Плеханова ИЭФ, кафедра ТОПП

Лекция N6



Тема: Изменения углеводов при кулинарной обработке продуктов




Говоря сегодня об углеводах, мы будем иметь ввиду только моно- и дисахариды, на последующих 2-х лекциях – об изменениях крахмала и крахмальных полисахаридов.



Mоно- и дисахариды

Особенности состава


Н

Наличие карбонильной группы (– С=О) определяет возможность их с белками с образованием различных продуктов, в т.ч. и взаимодействия меланоидинов.

Особенности строения




Гликозидная связь между мономерами подвергается кислотному и ферментативному гидролизу.

Наличие гидроксильной (–ОН) группы определяет хорошую растворимость моно- и дисахаридов, а также набухаемость крахмала перед его растворением.

Карамелизация сахаров



Карамелизация – это глубокий распад сахаров при t >100є С в слабокислой или нейтральной средах.

Сахара теряют кристаллическую структуру и превращаются в аморфную массу с окраской от желтой до коричневой. Глубина процесса карамелизации зависит от вида сахара, его концентрации, температуры и продолжительности нагрева. Кислота катализирует процесс.

Легче других карамелизуется фруктоза – t плавления = 98-102є С и мальтоза – 102-103є С. При более высоких температурах плавится глюкоза –144-149є С и сахароза – 160-180єС (в растворах изменяется при температуре более 125є С).

Карамелизация сахаров в растворе может идти как:
1) Дегидратация сахаров и

2) разложение моносахаридов (идет в 2 этапа)

Рассмотрим 1 вариант:
1. При карамелизации сахарозы (в виде сиропа) она подвергается гидролизу, а образующияся моносахара (глюкоза и фруктоза) – ангидридизации, т.е. теряют молекулу воды и образуют ангидриды – глюкозан и фруктозан.

+H2O

C12 H22 O11 C6 H12 O6 + C6 H12 O6

гидролиз глюкоза фруктоза

+150є С

C6 H12 O6 C6 H10 O5

Глюкоза – H2O глюкозан (ангидрид) а)
+100є С + t

C6 H12 O6 C6 H10 O5

Фруктоза – H2O фруктозан (ангидрид)

б)

При дальнейшем нагревании, реакция идет по двум направлениям a) и б)
а) Ангидриды взаимодействуют между собой или с неизменным сахаром и дают продукты реверсии (конденсации), т.е. соединения с большим числом глюкозных единиц в молекуле, чем у исходного сахара. Это диангидриды и дисахариды.
б) Во втором случае продолжается обезвоживание ангидридов с образованием оксиметилфурфурола (ОМФ). ОМФ в дальнейшем либо разлагается на муравьиную и левулиновую кислоты (они каталитически ускоряют процесс), либо вступает в реакции уплотнения. На этом этапе появляются окрашенные вещества.
Схематично это можно изобразить так:


CH CH


– H2O ║ ║

C6 H10 O5 H2C – C C – C = O

ангидрид

OH O H


оксиметилфурфурол


Кислоты Реакции уплотнения

НСООН СН3СО(СН2)2СООН (полимеризации и поликонденсации)

муравьиная левулиновая

Рассмотрим 2 вариант (разложение моносахаридов):
Карамелизация глюкозы (в виде сиропа)

Под действием высоких температур глюкоза расщепляется (разрывается связь между 3 и 4 углеродными атомами) и образуются триозы: глицериновый альдегид и диоксиацетон.
Глицериновый альдегид и диоксиацетон после дегидратации образуют метилглиоксаль, а он, присоединяя молекулу воды, дает молочную кислоту. Последняя каталитически ускоряет обезвоживание сахара с образованием оксиметилфурфурола.

Вода, присутствующая в растворах сахаров, способствует их необратимым изменениям. Чем меньше в системе воды, тем меньше изменения сахаров. В сиропе сахара подвергаются большим изменениям, чем в сухом состоянии.
Н-С=О Н–С=О

і і глицериновый

Н-С-ОН СНОН альдегид

і і COOH

НО-С-Н + tє СН2ОН – H2O COH + H2O i


і ===> ====> i ====> СН2

Н-С-ОН СН2ОН C=O i

і і i СН3

Н-С-ОН С=О CH3 молочная


і і метил-глиоксаль кислота

СН2ОН СН2ОН

глюкоза диоксиацетон

Карамелизация сухой сахарозы




При нагревании сухой сахарозы по мере отщепления от ее молекулы воды образуются окрашенные соединения карамелан С12Н18О2 светло-соломенного цвета, карамелен С36Н50О25 – ярко-коричневого цвета и карамелин С24Н30О15 – темно-коричневого цвета, а в дальнейшем образуются гуминовые вещества. Продукты карамелизации сухой сахарозы

характеризуются различной растворимостью в воде: карамелен растворяется в холодной и горячей воде, карамелин - только в кипящей, гуминовые вещеста в воде не растворяются (только в щелочах).

Деление продуктов карамелизации на карамелан, карамелен и карамелин условное, т.к. все это смесь вещества с различной степенью полимеризации, которые можно получить практически одновременно.

Состав сахарозы и продуктов ее карамелизации выражают формулой Сm(Н2О)n.

Под действием температуры отношение m:n меняется. У сахарозы m:n = 1,09. При отношении m:n = 1,3 появляются слегка окрашенные продукты, при m:n = 30 – интенсивно окрашенные.


В кулинарной практике с карамелизацией сахаров сталкиваются при запекании свеклы и яблок, уваривании концентрированных сахарных сиропов. Классический пример – приготовление жженки.

Продукты карамелизации влияют не только на изменение цвета готового продукта, но и способствуют формированию его аромата и вкуса, т.к. в процессе карамелизации образуются летучие вещества (кислоты, альдегиды) и вещества с различной степенью горечи, сладости и кислоты.

Гидролиз дисахаридов



Гидролиз дисахаридов происходит при приготовлении сладких блюд (кисели, компоты, запекание яблок), а также при приготовлении кондитерской помадки. Гидролиз сахарозы идет в подкисленной водной среде. Сахароза присоединяет молекулу воды и распадается на равные количества глюкозы и фруктозы:
+H2O

C12 H22 O11 C6 H12 O6 + C6 H12 O6

гидролиз глюкоза фруктоза

Процесс называется инверсией, а эквимолекулярная смесь моносахаридов – инвертным сахаром. Инвертный сахар обладает специфическими свойствами:
1.Усиливает сладость изделий в растворах сахара малой концентрации.

2.Предохраняет от кристаллизации (засахаривания) концентрированные растворы сахарозы. Ответственна за это фруктоза, которая занимает первое место в ряду сахаров по сладости и очень гигроскопична.

Инверсионная способность кислот не одинакова. Наибольшая – у щавелевой, наименьшая - у уксусной. Промежуточное занимает лимонная и яблочная (в 10-15 раз меньше, чем у щавелевой). Следует отметить, что щавелевая кислота – яд, и в кулинарной практике не используется. Но мы о ней говорим, ибо она содержится в клеточном соке овощей и плодов

наряду с лимонной и яблочной кислотами.

рН сока плодов = 2,5-4,2; рН сока овощей =6,3-6,7.

Скорость реакции гидролиза сахарозы пропорциональна концентрации водородных ионов в среде, а степень инверсии сахарозы зависит от вида кислоты, ее концентрации и продолжительности теплового воздействия.

На практике это имеет значение при организации технологического процесса. На пример, варка компота из летних сортов яблок. Целесообразно сначала сварить сироп с добавлением лимонной кислоты, а затем положить в него подготовленные яблоки, довести до кипения и охладить.


Меланоидинообразование




При всем многообразии реакций, протекающих при кулинарной обработке продуктов, главные причины изменений природного цвета сырья, становления определенных вкусовых и ароматических качеств пищевых продуктов обусловлены реакциями меланоидинообразования. Эти реакции имеют место при варке бульонов, жарке и тушении мяса, птицы и рыбы, выпечке мучных кондитерских и кулинарных изделий, топлении молока и т.д.

Меланоидинообразование – это взаимодействие карбонильных соединений (альдегидов, альдосахаров, альдокислот) с аминогруппами аминокислот, пентидов и белков, а также аминоспиртов и витамина В1 (тиамина).
Схематично: R1–С=О + Н2N-R2 ? меланоидины

і

Н


Реакции меланоидинообразования протекают при рН среды от 7 до 10, влажности продукта 40-70%, при температуре от 0 до 100 С, причем чем выше температура, тем интенсивнее идет реакция. Ионы Fe2+ и Fe3+ катализируют процесс. В реакции активно учпаствуют метионин и триптофан. Цистин и цистеин замедляют образование красящих веществ. Пентозы активнее гексоз.

От реакции меланоидинообразования зависит качество готовой продукции – ее аромат, окраска, вкус.

При взаимодействии редуцирующих сахаров (сахара со свободным гликозидным гидроксилом - ОН) с аминокислотами образуются различные карбонильные соединения и темно-окрашенные продукты – меланоидины. Меаноидины устойчивы к солнечному свету. В водных растворах образуют полуколлоидные системы (ионы, молекулы, комплексы, мицеллы) с молекулярной массой от 1500 до 25000. Цвет от желтого до интенсивно-коричневого с рубиновым оттенком.

Реакция названа по имени ученого Майара, впервые описавшего ее в 1912 г. Следует отметить, что взаимодействие между восстанавливающими сахарами и аминогруппами азотосодержащих веществ приводит не только к желательным, но и к нежелательным изменениям пищевых продуктов (Например, потемнение сгущенного молока при хранении).

Реакция протекает в три стадии. На начальной стадии в соотношении 1:1 соединяются вещества с карбонильной и аминогруппами: (например, сахар+аминокислота) с образованием бесцветных соединений в виде комплекса - N-замещенный гликозиламин или енаминол.

В сахароаминном комплексе сахарный компонент подвергается изомеризации с перемещением атома водорода и переходом сахара из альдозы в кетозу. Это называется перегруппировкой Амадори (изомеризация).




‒H2O

Альдоза + H2N-R ⇋N-гликозид ⇋



После перегруппировки Амадори образование исходных сахаров и аминосоединений невозможно.

После перегруппировки Амадори как сахарный, так и аминный компоненты становятся неустойчивыми. Наступает промежуточная стадия реакции.

Сахарный компонент изменяется по двум направлениям: как при карамелизации:

1. Обезвоживание сахарного компонента с образованием гетероцикличных соединений: оксиметилфурфурола или фурфурола (это зависит от вида сахара) с последующими реакциями уплотнения.

2. Обезвоживание сахарного компонента без образования циклической структуры, с потерей амина, но без разрыва углеродной цепи (редуктоны – от англ. To reduce – уменьшать)
Н – С (ОН) = СН – СН = С(ОН) – С (О) Н

Редуктон – структура фурфурола без фуранового кольца
3. Обезвоживание сахарного компонента с потерей амина и разрывом углеводородной цепи и образованием летучих ароматообразующих веществ – метилглиоксаль, диацетил, ацетон и ацетальдегид. Они непосредственно влияют на аромат, но могут вторично вступать в реакцию с аминовеществами и давать меланоидины.
Таким образом, промежуточная стадия включает обезвоживание 1-амино-1дезокси-2кетозы с образованием продуктов дегидратации и распада, обладающих флуоресценцией и выраженной восстанавливающей способностью, частью летучих и обладающих ароматом, химически активных.
Аминный компонент расщепляется по Штрекеру в результате окислительного дезаминирования (группа –NH ) и декарбоксилирования (группа –СООН). Образуется альдегид, содержащий на один атом углерода меньше, чем исходная аминокислота, выделяется углекислый газ и аммиак.

Образовавшийся альдегид является эффективным ароматообразующим веществом. Метионин превращается в метиональ, фениланин – в фенилэтаналь и т.д., т.е. образование ароматических веществ зависит от природы аминокислоты.

На этом этапе происходит образование бесцветных и слабоокрашенных продуктов.

На конечной стадии происходит альдольная конденсация (реакция полимеризации альдегидов) и альдегидаминная полимеризация с образованием гетероциклических азотистых соединений. Идет интенсивное нарастание цветности.

Как уже было сказано, продукты реакций меланоидинообразования оказывают различное влияние на органолептические свойства готовых изделий – с одной стороны они формируют вкус, аромат и запах бульонных кубиков, мясных экстрактов, некоторых консервов при хранении, растительного масла при жарке во фритюре (фосфатиды) и др.
Отрицательным является также то, что процесс меланоидинообразования снижает пищевую ценность готового продукта вследствие потери ценных пищевых веществ – сахаров и аминокислот.

Изменения крахмала


Крахмал относится к основным резервным углеводам и является одним
из самых распространенных веществ в растительном мире. Содержание крахмала в
отдельных пищевых продуктах весьма значительно:

мука пшеничная – 56-68% (в зависимости от сорта),

рисовая крупа – до 74%,

гречневая крупа – 64%,

фасоль – до 43%,

картофель - до 18%.

В кулинарной практике имеют дело как с выделенным крахмалом – картофельным, пшеничным, кукурузным, маисовым, так и с крахмалом, содержащимся в продуктах.

В различных пищевых продуктах крахмал содержится в виде зерен своеобразной формы, характерной для данного продукта. От вида крах­мала зависит и размер крахмального зерна – от I мкм до 100 мкм и более. Состояние крахмала в различных пищевых продуктах также не оди­наково и зависит от вида продукта и способа его предварительной обра­ботки. В картофеле крахмальные зерна находится внутри клеток, в кле­точных структурах – пластидах: лейкопластах и амилопластах. В зернобобовых крахмальные зерна составляют основную часть сухой массы зерен, располагаясь в клетке между алейроновыми зернами и частицами высохшей цитоплазмы. Мука представляет собой скопление крахмальных зерен, частиц клеточных стенок и пленок высохшего белка. А различные вида пищевого крахмала – это смесь крахмальных зерен различной величины. Полученный в производственных условиях крахмал содержит от 10 до 20% влаги.

Состав и строение крахмального зерна


Подавляющая часть крахмальных зерен приходится на амилозу и амилопектин – полисахариды, в основе которых лежит глюкоза (97-99%) .

Молекула амилозы – неразветвленная (или слабо разветвленная) цепь из 1,4-связанных остатков глюкопиранозы. Молекула амилопектина – разветвленная цепь из остатков глюколиранозы, связанных в остатках цепей связями -1,4, а в точках ветвления – -1,6 (рис. 1).

Полисахариды отличаются не только строением, но и степенью полимеризации. Средняя степень полимеризации амилозы около 103, но может достигать I05-I06, для амилопектина – на 2-3 порядка выше (более 107). В среднем длина ответвлений в амилопектине составляет от 20 до 30 глюкозных остатков. Но при этом долее компактная молекула амлопектина с общим количеством глюкозных остатков около 100 000 имеет диаметр = 50 нм1, а линейная: амилоза – 500 нм.



Рисунок 1. – Строение амилозы и амилопектина

Полисахаридам в крахмальных зернах сопутствуют фосфорная, кремние­вая и жирные кислоты. Фосфорная кислота связана с обоими полисахаридами, при этом в картофельном крахмале ее больше в амилопектине, в пшеничном – в амилозе.

Соотношение между самими полисахаридами в различных продуктах таково: амилозы содержится в кукурузе, рисе, пшенице около 20%, в кар­тофеле – 30%, амиломаисе – до 80%. Восковидный крахмал почти полностью состоит из амилопектина.

Строение зерен крахмала


Крахмальные зерна имеют хорошо организованную форму и структуру. В центральной части зерен имеет ядро (зародыш, точка роста), вокруг которого находятся ряды концентрических слоев «колец роста» толщиной около 0,1 мкм.

Молекулярные спирали полисахаридов в "кольцах роста" уложены в складки с близкой к кристаллической упорядоченностью. Следует отметить радиальную ориентацию молекул и наличие водородных связей между ними. Упорядоченность отдельных зон зерна, близкая к кристаллической, и аморфный характер других подтверждается при рассматривании зерен в поляризационный микроскоп. Оптическая анизотропия зон определяет нали­чие в поле зрения так называемого «мальтийского креста».

Анизотропия – неодинаковость всех или некоторых свойств вещества по различным направлениям. Обладает двойным лучепреломлением – распадением пучка света на два слагающих, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.

В кристаллических участках крахмальные полисахариды расположены более упорядоченно и прочно связаны между собой, а в аморфных – укладка менее упорядочена и полисахариды упакованы менее плотно. В настоящее время считают, что кристалличность крахмального зерна образована в основном упорядоченным расположением боковых ответвлений амилопектина, т.е. он стабилизирует в основном кристалличность структуры. Ориентация отдельных крахмальных полисахаридов в крахмальном зерне, связь их между собой осуществляется при помощи водородных связей. Последние образуются как при непосредственном взаимодействии гидроксилов полиса­харидов между собой, так и при взаимодействии гидроксилов полисахаридов через молекулу воды. Таким образом, вода участвует в создании кристаллической решетки крахмального зерна.

В целом молекулы полисахаридов в зерне расположены складчато-радиально, т.е. сами цепи полисахаридов находятся в складчатой форме. При этом амилоза концентрируется ближе к центральной части зерна. Схема строения крахмального зерна показана ниже:



В наружном слое крахмального зерна полисахарида образуют подобие прочной оболочки, не обладающей свойствами полупроницаемости, но обла­дающей свойством к расширению или растягиванию.

Все крахмальное зерно пронизано микропорами. На этом основано использование крахмала в качестве адсорбента.

Свойства крахмальных полисахаридов


Оксигруппы полисахаридов определяют их гидратацию с образованием водородных связей с молекулами воды, ее моно- и полиадсорбцию и соот­ветственно растворимость полисахаридов, которая одновременно зависит от молекулярной массы полисахарида и температуры.

Нативный крахмал в холодной воде практически нерастворим, образует суспензию. Однако он гидрофилен и может поглощать за счет адсорбции, до 30% влаги к его массе.

Низкомолекулярная (легкая) амилоза (до 70 глюкозных остатков) способна растворяться в холодной воде, более тяжелая – в горячей, самая тяжелая – только в щелочах. Растворимость у амилозы низкая (до 1%), растворы неустойчивые. Через некоторое время после растворения цепочки амилозы собираются одна возле другой, и посредством водородных связей по месту свободных гидроксильных групп образуют комплексы. Последние выпадают в осадок, который в воде нерастворим (ретроградация).

Амилопектин в холодной воде нерастворим, а в горячей образует структурированные системы, свойства которых зависят от вида крахмала. Система с амилопектином из крахмала картофеля, батата, маниока (клуб­невых) или каштана имеет достаточную прозрачность и хорошо выраженные упругие свойства. Система с амилопектином из зерновых (пшеницы, риса, кукурузы) отличается развитыми пластическими свойствами (система мажется), кроме того, она не прозрачна и имеет молочно-белую окраску.

Поскольку свойства амилопектина того или иного вида крахмала оказывают большое влияние на свойства клейстера, различают группу пшеничного крахмала (пшеница, рис и кукуруза) и группу картофельного крахмала (картофель, каштан и батат). Крахмалы бобовых и гречихи занимают промежуточное положение, но ближе к картофельному крахмалу.

Амилоза дает с йодом характерную синюю окраску, амилопектин – красно-фиолетовую. Окраска йод-сахаридного комплекса зависит от степени полимеризации линейных участков в полимере. Заметная окраска появляется при степени полимеризации 20; цепи, состоящие из 30 остатков глюкозы, дают с йодом пурпурное окрашивание и при степени полимеризации свыше 45 – синее.

Изменение крахмала в продуктах происходит при их тепловой обработке. Только в тесте крахмал изменяется при 25-30єС. При тепловой обработке продуктов крахмал подвергается набуханию и клейстеризации (в водной среде) и даже деструкции (или пирогенетическому расщеплению, или декстринизации) при сухом нагреве.

Набухание и клейстеризация крахмала


Нагревание крахмала в присутствии воды вызывает его клейстеризацию, т.е. разрушение нативной (кристаллической) структуры крахмальных зерен, сопровождаемое набуханием.

Процесс клейстеризации эндотермический и складывается из ряда последовательно протекающих и накладывающихся друг на .друга процессов.

Способность крахмала к набуханию и клейстеризации является одним из важнейших технологических свойств крахмала, т.к. определяет консистенцию, объем и выход изделий из крахмалсодержащего сырья и в свою зависит от условий нагревания (температуры, продолжительности) и соотношения продукт: вода (или крахмал : во да ), а также нативных свойств крахмала.

Нагревание малоконцентрированных суспензий крахмала ( 1%) до температуры около 55°С сопровождается небольшим обратимым поглощением зернами влаги без разрушения их нативной структуры. При дегидратации структура крахмальных зерен восстанавливается до исходного состояния.

При дальнейшем нагревании суспензии до 60 оС и выше свойства крахмала изменяются необратимо – нативная структура крахмальных зерен нарушается, оптическая анизотропия исчезает. Крахмальное зерно сильно набухает, увеличиваясь в объеме в несколько раз (зерна кукурузного крахмала – на 300%). Диссоциированные молекулы горячей воды проникают внутрь крахмального зерна, разрыхляют упорядоченную структуру крахмальных полисахаридов. В «точке роста» в результате разрыва и ослабления некоторой части водородных связей между цепями крахмальных полисахаридов образуется полость или пузырек. Образование полости называется кавитацией. По мере повышения температуры исчезает и слоистость (частично – при 60°С) а затем – полностью). Но форма зерна сохраняется.

Вода, поступающая внутрь зерен, растворяет некоторое количество полисахаридов. Часть из них (амилоза) переходят из зерен в окружающую среду. Подобное изменение структуры крахмальных зерен часто определяют как первую стадию процесса клейстеризации, а температуру, при которой оно наблюдается, как температуру клейстеризации (либо как интервал температур, либо как среднюю температуру клейстеризации).

Вследствие прошедшей клейстеризации суспензия превращается в клейстер – дисперсию, состоящую из набухших крахмальных зерен и растворенных в воде полисахаридов (амилоза). Значительно возрастает вязкость системы.

Процесс этот идет в интервале температур от 55 до 30°С. Последующее наг­ревание системы (клейстера) влечет за собой более глубокое изменение нативной структуры зерен. Слоистое строение исчезает, объем резко увеличивается (до 1000%), что является следствием разрыва связей между макромолекулами полисахаридов и их гидратации. Часть полисахаридов растворяется и остается в подсети крахмального зерна, а часть (гл. образом амилоза) – диффундирует в окружающую среду. Вязкость клейстера значительно возрастает. Часто эту стадию клейстеризации крахмала опре­деляют как вторую. Такое определение очень условно.

Нагревание клейстера картофельного крахмала до 95-98оС сопро­вождается разрушением набухших зерен и переходом содержимого в окружающую среду. Процесс идет тем интенсивнее, чем выше температура и длительнее нагрев. Считается, что вязкость клейстеров при нагревании объясняется не набуханием зерен крахмала, а свойствами извлекаемой из них водорастворимой фракции, образующей в растворе трехмерную сетку и удерживающую больше влаги, чем набухшие крахмальные зерна.

Как было отмечено выше, консистенция готового кулинарного изделия из крахмалсодержащего сырья зависит от соотношения крахмал : вода. Крахмал в виде клейстера находится в таких кулинарных изделиях как кисели жидкие и средней консистенции, соусы, супы-пюре, концентрация крахмала в которых составляет 2-5%. Во всех других кулинарных изделиях крахмал и вода находятся в соотношении от 1:2 до 1:5, поэтому крахмал образует гелеподобные или студнеобразные системы значительной вязкости. Это наблюдается при варке картофеля, круп, бобовых и макаронных изделий. Объясняется это тем, что крахмальные зерна набухают внутри клетки, поглощая сравнительно небольшое количество воды по отношению к своей массе. Так в картофеле 3-4-х кратное количество воды, поэтому набухать неограниченно крахмальные зерна не могут. Внутри клетки крахмальные зерна тесно соприкасаются друг с другом, накладываются друг на друга, а полисахариды, извлеченные из зерна водой, скрепляют систему и она приобретает определенную прочность. При охлаждении прочность системы возрастает.

В изделиях из теста крахмал еще менее обводнен, соотношение крахмал : вода составляет 1:0,7 или 1:0,8. Недостаточное количество влаги позволяет крахмальным зернам при повышении температуры сохранять свою форму и структуру, т.е. речь идет об ограниченном набухании крахмальных полисахаридов.

Однако вязкость клейстеров и стабильность системы зависит не только от концентрация крахмала, но и от наличия сопутствующих веществ.

Факторы, оказывающие влияние на процесс клейстеризацни крахмалов


а) Поваренная соль, даже в малых концентрациях, повышает темпера­туру клейстеризации и уменьшает набухаемость крахмальных зерен, следствием чего является понижение вязкости клейстера. Видимо, это связано с разрывом водородных связей – падает молекулярная масса, увеличивается растворимость.

б) Сахар в концентрации до 20% увеличивает вязкость клейстера (идет дегидратация и взаимодействие).

в) Подкисление системы снижает вязкость клейстера. При рН 7-4 незначительно, а далее, особенно при рН 2,5, резко (гидролиз).

г) Поверхностноактивные вещества, в частности глицериды, снижают вязкость клейстера, но одновременно являются их стабилизаторами. Моноглицериды снижают липкость макаронных изделий, предупреждают образование студня в супах и соусах, задерживают черствение хлеба.

д) Белки стабилизируют крахмальный клейстер подобно сахару. Белые соусы значительно стабильнее, чем соответствующие клейстеры.

е) Длительное кипячение приводит к снижению вязкости клейстера (гидролиз полисахаридов).

Ретроградация крахмальных полисахаридов, или старение крахмального клейстера
Ретроград – идущий назад.

В процессе клейстеризации вследствие растворения крахмальных полисахаридов в крахмалосодержащих продуктах и изделиях увеличивается содержание водорастворимых веществ. Количество их зависит от природы крахмала и влажности изделия. Так при варке пшена количество водорастворимых веществ увеличивается в три раза, а при варке риса – в десять. Чем выше влажность, тем выше увеличивается содержание водорастворимых веществ (сильнее расшатывается структура).

Ретроградация – это типичная форма перехода растворенных крахмальных полисахаридов в нерастворимую форму в результате их агрегации при охлаждении и хранении продукции.

В кулинарных изделиях ретроградация вызывает ухудшение их качества. Крахмальный гель теряет эластичность, становится более плотным, жестким; происходит отделение влаги. В хлебобулочных изделиях это приводит к черствлению, в кашах и киселях – к расслоению системы с выделением влаги.

Объяснить ретроградацию можно неустойчивостью крахмальных полисахаридов в растворе, особенно амилозы. Если ретроградация идет без видимого образования осадка, то считается, что амилоза посредством водородных связей соединяется с амилопектином. Такой процесс обратим. Если же процесс идет как самоагрегация амилозы, то образуются нерастворимые комплексы.

Ретроградация амилозы протекает в несколько стадий: в начале произвольно скрученные спирали амилозных цепей вытягиваются, пос­ле этого они теряют гидратную оболочку и располагаются (ориентируются) одна подле другой. Между гидроксильными группами, расположенными на близком расстоянии, возникают водородные связи, энергия которых покрывает расход энергии на две предыдущие стадии. Связывание таким образом большого числа молекул приводит к опалесценции раствора, а затем к образованию видимых хлопьев.

В крахмальном клейстере ретроградации подвергается, в основном, амилоза. Глубина процесса зависит от температуры, кон­центрации, наличия добавок, природы крахмала, времени.

Амилопектин ретроградирует медленнее и в меньшей степени, чем амилоза, т.к. структура полисахарида, видимо, этому процессу не благоприятствует.

а) Повышенные температуры сдерживают процесс ретроградации (поэ­тому изделия следует хранить на мармите. Кроме того, процесс по этой причине обратим. И глубина его возрастает при заморажива­нии и дефростации и новому замораживанию.

б) Концентрация способствует ретроградации (но видимо до определенной величины, также как и молекулярная масса).

в) Добавки рассмотрены выше, а дополнительный материал сложен. В целом, чем выше вязкость, тем сильнее ретроградация.

г) Природа – чем больше амилозы, тем сильнее ретроградация; крахмал пшена быстрее, чем крахмалы других крупяных культур.

д) Время способствует ретроградации

В процессе ретроградации снижается количество растворимых веществ и снижается водоудерживающая способность системы, как видимо за счет, связанной (по месту возникающих водородных связей) так и свободной воды, т.к. структура грубеет.

Амилопектин используют для получения долго не черствеющих или подлежащих замораживанию изделий и блюд.

Ретроградация амилозы приводит к уменьшению количества водорастворимых веществ в крахмалосодержащих кулинарных изделиях.

Ретроградация в крахмалосодержащих кулинарных изделиях зависит от влажности последних. Например, в жидких кашах крахмал ретроградирует быстрее, чем в рассыпчатых.

Ретроградация идет практически следом за клейстеризацией и начинается при температуре 80-70 ˚С. Так, в пшенной каше содержание водорастворимых веществ уменьшается даже, если ее хранят при температуре 80 ˚С. Ретроградация усиливается, если хранить изделия при комнатной температуре. Наиболее интенсивно ретроградация идет в первые два часа после момента изготовления, особенно в пшенной и гречневой кашах. В дальнейшем процесс замедляется.

В какой-то мере процесс ретроградации обратим. Если после суточного хранения кашу и отварную вермишель нагреть до 95 ˚С, то количество водорастворимых веществ увеличивается. При этом в гречневой каше и отварной вермишели содержание водорастворимых веществ восстанавливается полностью, а в пшенной каше – на 50%.

Очень интенсивно процесс ретроградации происходит, если изделия хранят при отрицательной температуре. Замораживание приводит к образованию комплексов, которые даже при кипячении не растворяются.

Поэтому для получения долго не черствеющих или подлежащих замораживанию изделий и блюд используют амилопектин или модифицированные амилопектиновые крахмалы.

Деструкция крахмала


Понятие включает деструкцию полисахаридов при нагревании в составе зерен и вне их, в присутствии воды и в сухом состоянии, а также ферментативное расщепление.

Деструкция – это разрушение крахмального зерна с одновременной деполимеризацией крахмальных полисахаридов (т.е. уменьшение размеров молекул крахмальных полисахаридов).

Деструкция крахмала при сухом нагреве определяется термином декстринизация крахмала, а образующиеся при этом растворимые в холодной воде высокомолекулярные вещества пиродекстринами. Обычно отмечают, что декстринизация крахмала начинается при нагревании его до температуры 120°С, хотя крахмал уже при П5°С приобретает мало заметный кремовый оттенок. Декстринизация крахмала проявляется в появлении и увеличении количества растворимых и летучих продуктов распада, появлении окрас­ки (от кремовой до коричневой), понижении или потере способности к набуханию в воде при нагревании (крахмал растворяется). Последнее позволяет в качестве характеристики степени деструкции крахмала использовать показатель, который называют коэффициент деструкции

К1 – К2

КД = ---------- , где:

К2

К1 и К2 – степень набухания крахмала до и после обработки.

Различные виды крахмала неодинаково устойчивы к действию сухого нагрева. Пиродикстринов, при одних и тех же температурах нагрева, в картофельном крахмале образуется значительно больше, чем в пше­ничном, а в последнем несколько больше, чем в кукурузном. Особенно это проявляется при высоких температурах (180°-190°С).

Характер деструкции полисахаридов крахмала при нагреве проявля­ется, как было отмечено, в снижении молекулярной массы. Среди водорастворимых продуктов пшеничного крахмала, нагретого до 120°С, отмечено наличие низкомолекуляркых фракций амилозы, которые с йодом давали не синюю, а фиолетовую или розовую окраску.

Если нагревать суспензию такого крахмала в воде, то количество низкомолекулярных фракций амилозы возрастало. Т.е. деструкция имеет в данном случае место и при сухом нагреве и при нагреве крахмала с водой.

С увеличением температуры нагрева крахмала до 150° глубина про­цесса деструкции значительно увеличивается. Деполимеризованная амилоза легко вымывается холодной водой, при последующем нагревании суспензии до 70°С она уже не способна с йодом давать окрашенные комплексы. Появляются деполимеризованные фракции амилопектина.

В процессе деполимеризации естественно изменяется и структура крахмальных зерен. У картофельного крахмала, нагретого в сухом состоянии до 160°С, затем в воде, некоторое количество зерен распадается полностью или частично, на концентрические, сильно набухшие слои. Зерна крахмала, нагретые до 180°С распадаются в воде на волнистые слои толщиной I микрон, а нагретого до 200°С – полностью в воде растворяются. Следует отметить, что слоистость отражает характерные особенности структуры зерен.

Крахмал в продуктах подвергается декстринизации при жаренье, выпекании, запекании, в обезвоженной корочке, при пассеровании муки.

Разрушение структуры крахмальных зерен и деполимеризация его полисахаридов снижает вязкость клейстера из декстринизованного крахмала, тем сильнее, чем выше была температура нагревания. При использовании одинакового количества муки для белой и красной мучной пассеровки соусы получаются неодинаковой вязкости. Для получения соусов одинаковой консистенции муки на красную пассеровку нужно взять в 2 раза больше, чем для белой.

Декстринизация не ограничивается понижением степени набухания крахмала и вязкости клейстера. Продукты декстринизации обладают цветом от кремового до темно-коричневого, ароматом (запахом) и вкусом, которые благоприятно или неблагоприятно отражаются на качестве продуктов. Можно отметить нашу заинтересованность в процессе декстринизации крахмала в следующих случаях:

  • приготовление мучной пассеровки;

  • термообработка круп (гречневая, рис) – декстринизация крахмала уменьшает процесс склеивания зерновок и каша получается более рассыпчатой;

  • производство гренок (сухарей);

  • производство взорванных круп (кукуруза) – деструкция и в какой то степени декстринизация механическая и термическая, т.к. температура 200°С и давление 1,2 МПа. По сути дела крахмальные кристаллы и аморфные участки плавятся.

С другой стороны повышенная глубина процесса декстринизации при выпечке изделий из теста или запекании продуктов может отрицательно сказаться на их качестве.

Ферментативная деструкция крахмала


Процесс имеет место при брожении и выпечке дрожжевого теста, варке кар­тофеля. Под действием (?- и ?-амилаз крахмал гидролизуется, причем клейстеризованный быстрее, чем нативный.

?-амилаза отделяет одну за другой молекулы мальтозы, начиная с нередуцирующих концевых групп крахмальных полисахаридов. Фермент полностью гидролизует амилозу и около половины амилопектина. Дей­ствие фермента на амилопектин прекращается после того как расщеп­ляются внешние ветви полисахарида до точек ветвления или фосфатных групп. Остаток амилопектина представляет собой высокомолекулярные декстрины, состоящие из нерасщепленных фрагментов. С учетом про­дуктов гидролиза ?-амилазу называют сахарогенной амилазой. ?-амилаза гидролизует крахмал с образованием дестринов, не дающих окраски с йодом, и незначительного количества мальтозы, с поэтому ее называют декстриногенной. Картофель содержит в активной форме ?-амилазу и лишь следы ?-амилазы. Последняя появляется в клубнях при их прорастании. С учетом активности ферментов в сыром картофеле, условий его варки (закладывают в холодную или горячую воду), размера клубней в карто­феле может гидролизоваться от 8 до 10% содержащегося в нем крахма­ла.
Модифицированные крахмалы (крахмалы с заданными свойствами)

Кулинарная продукция – не набор пищевых веществ (белки, углеводы, жиры и т.д.), все они имеют агрегатное состояние: жидкость или твердое тело с очень сложной и различной структурой, (твердые тела – желе и гренки; жидкости – соусы, кисели, и бульоны и др.).

Структура готового блюда или изделия достигается различным путем, в том числе посредством использования различных загустителей, студнеобразователей, эмульгаторов и т.д. В качестве такого вещества используется и крахмал.

В этом качестве к крахмалу предъявляются определенные технологи­ческие требования (или он должен обладать определенными технологи­ческими свойствами): давать системы с определенной вязкостью, при определенных температурах, образовывать студни и т.д.).

С заданными свойствами крахмал можно получить посредством селек­тивного отбора сырья или посредством химической обработки того или иного крахмала. Получаемые в последнем случае крахмалы называются модифи­цированными крахмалами.
Кислотномодифицированный крахмал (картофельный и кукурузный)

Получают посредством кислотной обработки крахмала в виде водной суспензии при температурах, близких к началу клейстеризации. Приобретаемые отличия от исходного крахмала:

  • уменьшение сродства к йоду;

  • пониженная вязкость (характеристическая);

  • более высокое осмотическое давление; т.е. пониженная молекулярная масса;

  • хуже набухает при клейстеризации в горячей воде;

  • повышенная растворимость в теплой воде при температуре ниже температуры клейстеризации;

  • температура клейстеризации выше.

С другой стороны кислотномодифицированный крахмал не отличается от исходного в том, что, по существу, не растворим в холодной воде и имеет оптическую анизотропию. Задаваемые технологические свойства:

  • пониженная вязкость горячего клейстера; (34 - 8,5 Пз)

  • сохранность студнеобразующих свойств (194 - 71,5 г/см )

Использование: желейные конфеты, пудинги.
Крахмалофосфаты (зерновые)

Получают, нагревая сухую смесь крахмала и водо-растворимой фосфатной соли (кислые соли).

Получают: а) моноэфиры фосфорной кислоты и б) полиэфиры – поперечносвязанные крахмалы.

Для первых характерна высокая набухаемость, высокая вязкость и прозрачность клейстеров, связывающая способность и ионный заряд. Клейстеры устойчивы к ретроградации, что важно для приготовления замороженной продукции. Вследствие своих полярных характеристик крахмалофосфаты – хорошие эмульгирующие агенты.

Использование: соусы, замороженные блюда, сухие смеси для пудингов мгновенного приготовления.

Для вторых характерна повышенная устойчивость к термическому и механическому воздействию в студнях (клейстерах), устойчивость к ретроградации, определенная устойчивость к кислой среде, отсутствие синерезиса при стоянии.

Использование: начинки для пирогов, салатные приправы, замороженные блюда и т.д.

Набухающий крахмал


Получают, клейстеризуя, а затем высушивая картофельный крахмал. После такой обработки он образует с холодной водой или молоком проч­ные и вместе с тем нежные гели.



1 1 нм = 10-9



Лектор доц., к.т.н. Жубрева Т.В.



Скачать файл (384.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации