Окисление липидов: механизм, динамика, ингибирование – тема научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Измененияцвета. Изменяется в результате разрушения пигментов, содержащихся в жире – каротиноидов, хлорофилла, госсипола и др., при этом в начале жарки жир светлеет, а затем начинает темнеть по мере продолжительности нагрева, причем потемнение жира также происходит в результате загрязнения веществами пирогенетического распада, в результате реакции меланоидинообразования и карамелизации, при этом источником аминных групп для реакции меланоидинообразования могут служить обжариваемые продукты, а также при использовании нерафинированных масел входящие в их состав фосфатиды. Причиной потемнения жира является также накопление темноокрашенных продуктов окисления самого жира, образующиеся вещества в результате реакции поликонденсации усиливают темную окраску жира. Причиной потемнения может быть присутствие в жирах хромогенов – слабоокрашенных или бесцветных веществ, которые при окислении интенсивно окрашиваются.

Изменения вкуса и запаха. В результате фритюрной жарки образуются летучие вещества, которые придают специфический запах жиру и обжариваемому продукту, многие из них отрицательно влияют на запах фритюра. При длительном использовании жира он приобретает темную окраску и жгуче-горький вкус, появляется едкий запах горелого, что объясняется присутствием акролеина (СН₂=СН-СНО), содержание которого возрастает по мере снижения температуры дымообразования. Таким образом, горький привкус жира и запах горелого обусловлен, прежде всего, продуктами пирогенетического распада пищевых продуктов.

Пенообразрование. Накопление в жире полярных поверхностно-активных соединений (например, оксикислот) и возрастающая вязкость вызывают образование интенсивной и стойкой пены при загрузке продуктов.

Следовательно, сильное пенообразование и уменьшение температуры дымообразования свидетельствуют о непригодности жира для дальнейшего использования. А также увеличение вязкости жира ухудшает свойства жира, как теплопередающей среды, что затрудняет доведение продуктов до готовности и приводит к образованию неравномерной (пятнистой) корочки, является существенным признаком порчи жира.

Следует учесть, что между органолептическими и физико-химическими показателями фритюрного жира не существует определенной зависимости, так как изменения и тех и других обусловлены множеством независимых факторов. Так, при обжаривании влажных продуктов, богатых белком (рыба, птица, мясо) потемнение жира происходит быстрее, чем изменяться его химические показатели. Иногда жир, непригодный по органолептическим показателям, имеет незначительную окисленность и, наоборот, вкус и цвет жира могут быть удовлетворительными, а физико-химические показатели свидетельствуют о значительной его окисленности. Тогда, решение о дальнейшей его пригодности в первом случае выносится по органолептическим показателям, а во втором – по физико-химическим.

Впитывание и адсорбция жира продуктов при жарке зависит от следующих факторов:

– содержания влаги в жире: при жарке на маргарине продукт плохо впитывает жир, так как он сильно разбрызгивается в результате испарения влаги;

– химического состава обжариваемого продукта: продукты, богатые белками при жарке интенсивно выделяют воду, что затрудняет проникновение в них жира, а продукты с небольшим содержанием белка, в состав которых входит неклейстеризованный крахмал (сырой картофель), впитывают больше жира, так как часть влаги удерживается клейстеризующимся крахмалом и испарение влаги из продукта происходит менее интенсивно;

– удельной поверхности обжариваемого продукта: чем меньше величина кусочков, а, следовательно, больше удельная поверхность, тем больше поглощается жира продуктом. Так, картофель, нарезанный соломкой, поглощает в 2,6 раз больше жира, чем нарезанный брусочками;

– вязкости жира: при увеличении вязкости жира увеличивается его адсорбция поверхностью продукта, что препятствует его стеканию с готовых изделий.

При жарке происходит изменение массы жира, его потери с летучими веществами. Угар – потери жира вследствие его разбрызгивания, удаления с парами воды, разложения.

Пищевая ценность жира при жарке уменьшается вследствие уменьшения содержания жирорастворимых витаминов, незаменимых жирных кислот, а также за счет образования в них неусвояемых компонентов и токсических веществ.

Уменьшение содержания витаминов и фосфатидов происходит при любом способе жарки, а значительное уменьшение содержания незаменимых жирных кислот происходит при длительном нагреве в условиях фритюрной жарки.

Токсичность гретых жиров связана с образованием в них циклических мономеров и димеров, которые образуются при нагреве жира до температуры свыше 200ºС, при правильных режимах они появляются в очень небольших количествах.

Продукты окисления жира оказывают отрицательное воздействие на организм человека, ухудшают усвояемость употребляемых вместе с ним продуктов, раздражают слизистую кишечника. Качество жиров необходимо контролировать в процессе их использования органолептическими и физико-химическими методами. Предельно допустимая норма содержания продуктов окисления и полимеризации во фритюрных жирах составляет 1%.

Лекция №8

Тема «Физико-химические изменения сахаров при кулинарной обработке продуктов: гидролиз, карамелизация,

меланоидинообазование»

План

1. Углеводы: физиологическое значение, классификация, химическая природа.

2. Физико-химические изменения сахаров: гидролиз (инверсия) и карамелизация.

3.Физико-химические изменения сахаров: меланоидинообразование.

1. Углеводы: физиологическое значение, классификация, химическая природа

Название «углеводы» дано было соединением этого класса почти 90 лет назад, когда полагали, что все они содержат углерод, водород и кислород в таких соотношениях, как будто представляют собой различные гидраты углерода общей формулы С_n(H₂O)_m. Однако затем оказалось, что ряд соединений, принадлежащих по своим свойствам к классу углеводов, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле, однако название «углеводы» сохранилось, хотя химического смысла оно не имеет.

Углеводы – это обширная группа органических соединений, распространенных в живой природе, они встречаются в свободной и связанной форме в любой растительной, животной и бактериальной клетке. Углеводы составляют три четверти биологического мира и примерно 60-80% калорийности пищевого рациона. Согласно принятой в настоящее время классификации углеводы подразделяются на три основные группы:

– моносахариды или простые углеводы, не подвергающиеся гидролизу: глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар), галактоза (составная часть молочного сахараза – лактозы), арабиноза (содержится в хвойных растениях, свекловичном жоме), ксилоза (древесный сахар);

– олигосахариды или полисахариды 1-го порядка, молекулы которых содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями; наибольшее значение имеют дисахариды, мальтоза, сахароза и лактоза;

Наибольшее распространение получила сахароза, состоящая из одного остатка α-D-глюкозы и одного остатка β-D-фруктозы.

– полисахариды – природные полимеры, которые можно разделить сточки зрения общих принципов строения на две группы: гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа, и гетерополисахариды, состоящие из двух и более типов мономерных звеньев. С точки зрения функционального назначения полисахариды делятся на структурные (целлюлоза) и резервные крахмал, гликоген).

Физиологическое значение углеводов заключается в том, что они являются источником энергии для человеческого организма. Их рольне ограничивается энергетической функцией, они являются также пластическими материалами, выполняют регуляторную функцию при обмене веществ, участвуют в защитных реакциях организма (например, глюкуроновая кислота соединяется с некоторыми токсичными веществами, образуя нетоксичные сложные эфиры.

С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы – моно-и олигосахариды, крахмал, гликоген; неусваиваемые – целлюлоза, гемицеллюлоза, инулин, пектин, слизи.

При поступление в пищеварительный тракт усваиваемые углеводы расщепляются, всасываются, а затем непосредственно утилизируются в виде глюкозы или превращаются в жир, или откладываются на временное хранение (в виде гликогена).

Неусваиваемые углеводы человеческим организмом не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют (вместе с лигнином) так называемые пищевые волокна, которые стимулируют моторную деятельность кишечника, препятствуют всасыванию холестерина, играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника. Суточная норма пищевых волокон 20-25 г.

2. Физико-химические изменения сахаров: гидролиз (инверсия) и

Карамелизация

Физико-химические и биохимические изменения, происходящие с углеводами в процессе их технологической обработки, существенно влияют на качество готовых изделий.

Сахар – важнейший компонент овощей и фруктов. При тепловой обработке происходят изменения сахаров – гидролиз, карамелизация, а также распад в результате реакции меланоидинообразования.

1.Гидролиз дисахаридов – распад молекулы под влиянием кислот или в присутствии ферментов на моносахариды (глюкозу и фруктозу). Ионы водорода при этом играют роль катализаторов. Полученная смесь глюкозы и фруктозы вращает плоскость поляризации не вправо, а влево. Такое преобразование правовращающей сахарозы в левовращающую смесь моносахаридов называется инверсией, а эквимолекулярная смесь глюкозы и фруктозы – инвертным сахаром. Последний является слаще сахарозы.

Степень гидролиза (инверсии) зависит от продолжительности тепловой обработки, а также от вида и концентрации содержащейся в продукте кислоты. Наибольшей инверсионной способностью обладает щавелевая кислота, в 10 раз меньшей – лимонная, в 15 – яблочная, в 17 – молочная, в 35 – янтарная и в 45 раз меньшей – уксусная.

Гидролитическое расщепление сахарозы наблюдается при изготовлении плодово-ягодных киселей, компотов, желе, муссов, запекании яблок, тушении свеклы.

Ферментативный гидролиз происходит при брожении и в начальный период выпечки дрожжевого теста. В этом случае сахароза и мальтоза под действием ферментов дрожжей сахаразы и мальтазы расщепляются: первая до глюкозы и фруктозы, а вторая – до двух молекул глюкозы. Ферментативный гидролиз некрахамльных полисахаридов происходит под действием ферментов целлюлолитического, гемицеллюлазного и пектолитического комплекса.

2. Карамелизация – нагревание сахаров при температурах, превышающих 100ºС приводит к образованию сложной смеси продуктов различной степени полимеризации (карамелан светло-соломенного цвета, карамелен – ярко-коричневого цвета, карамелин – темно-коричневого цвета и др.). Состав смеси изменяется в зависимости от степени воздействия среды, вида и концентрации сахара, условий нагревания и т.д. Реакция катализируется небольшими концентрациями кислот, щелочей и некоторых солей. Регулируя условия, можно направить реакцию на получение в основном аромата или же в сторону образования окрашенных продуктов.

По мере нагревания сухой сахарозы от нее отщепляется молекулы воды, в результате чего образуется все больше продуктов разложения, в том числе производных фурфурола, альдегидов, акролеина, двуокиси углерода и др.

При отщеплении от молекулы глюкозы двух молекул воды образуется карамелан – (С₁₂Н₁₈О₉), растворимый в холодной воде; при отщеплении от трех молекул сахарозы восьми молекул воды образуется карамелен (С₃₆Н₅₀О₂₅), растворимый в холодной и кипящей воде, имеющий ярко коричневый цвет с рубиновым оттенком; более сильное обезвоживание приводит к образованию карамелина (С₂₄Н₃₀О₁₅), который растворим только в кипящей воде. При длительном нагревании образуются гуминовые вещества, которые растворимы только в щелочах.

Комплекс реакций, имеющих место при карамелизации, приводит к образованию разнообразных кольцевых систем с уникальным вкусом и ароматом. При нагревании мальтозы и лактозы до высокой температуры приводит к появлению веществ, влияющих на аромат, например, мальтола. Так, мальтол и изомальтол, имеют запах подпеченного хлеба, 2-Н-4-гидрокси-5-метилфуранон-3 – аромат жареного мяса. Кроме того, это продукты имеют сладкий вкус, что также определяет их положительную роль в пищевых продуктах.

Карамелизация сахаров происходит при подпекании лука и моркови для бульонов, при запекании яблок, при приготовлении многих кондитерских изделий и сладких блюд. Жженый сахар используют в качестве пищевого красителя.

3.Физико-химические изменения сахаров:

Меланоидинообразование (реакция Майара, открыта в 1912 г) является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых продуктов. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего сахара, аминного соединения (аминокислоты или белка) и немного воды. Представляет собой взаимодействие альдегидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, приводящее к образованию темноокрашенных соединений – меланоидинов (от греч. melanos – темный). Реакция эта многостадийнная, причем не все стадии являются достаточно изученными. Основными факторами, влияющими на реакцию меланоидинообразования, являются:

– температура: при повышенных температурах скорость реакции возрастает (повышение температуры на 10ºС дает увеличение скорости в 2-3 раза);

– величина рН среды: наиболее благоприятная область рН для реакции 7,8-9,2;

– ионы металлов: интенсивность реакции возрастает в присутствии ионов меди и железа и др.

Механизм реакции меланоидинообразования можно подразделить на три основные стадии:

– начальная стадия – образование бесцветных соединений, не поглощающих свет, при этом происходит сахароаминная реакция, перегруппировка Амадори и образование 1-амино-1-дезокси-2-кетозы в 1,2-енольной форме.

– промежуточная стадия – образование бесцветных и слабожелтых продуктов, при этом протекают реакции дегидратации сахаров, их разложение, разложение аминокислот (по Штрекеру).

– конечная стадия характеризуется интенсивным нарастанием цветности, при этом протекает альдольная конденсация (реакция конденсации альдегидов), альдегидаминная полимеризация (образование гетероциклических азотистых соединений).

В результате реакции образуются также вкусовые и ароматические вещества, причем в сравнении с реакцией карамелизации преобладают летучие компоненты, сильно влияющие на аромат.

Факторы, влияющие на ход реакции меланоидинообразования:

– влияние рН: потемнение может быть менее значительным в сильнокислой среде, поскольку в этих условиях аминогруппа изотонируется, и образования глюкозамина происходить не будет. При рН 6 имеет место небольшое потемнение, а рН 7,8-9,2 – наиболее благоприятная область;

– влажность: при очень низком и очень высоком содержании влаги потемнения не происходит, максимальное потемнение при промежуточных влагосодержаниях;

– температура: скорость реакции увеличивается при повышении температуры (повышение на 10ºС дает увеличение скорости в 2-3 раза;

– ионы металлов: потемнение интенсивнее происходит в присутствии ионов меди и железа, ионы Nа эффекта не давали;

– структура сахара: степень образования пигментов прямо пропорциональна количеству открытых цепей сахара в растворе;

– характер аминокислоты: чем дальше расположена аминогруппа от карбоксильной, тем активнее данная аминокислота в реакции Майара.

В технологических процессах эта реакция обусловливает золотистый цвет мясного бульона, кремовый оттенок топленого молока, образование аппетитной корочки на жаренных, запеченных блюдах из мяса, птицы, рыбы, изделиях из теста. Отрицательное воздействие этой реакции заключается в потемнении фритюрного жира, фруктовых пюре, снижении биологической ценности белков, поскольку связываются аминокислоты и впоследствии становятся недоступными для ферментов желудочно-кишечного тракта.

В заключении следует отметить важные моменты, которые должен знать и учитывать пищевик-технолог:

1. Образование меланоидиновых пигментов может быть желательно или нежелательно, также как и развитие запаха.

2. Может иметь место потеря незаменимых аминокислот (особенно лимитирующих), то есть потеря питательной ценности продукта.

3. Есть единичные публикации, которые указывают, что некоторые продукты реакции Майара могут быть мутагенными, однако в большинстве работ мутагенность оспаривается.

4. Продукты реакции меланоидинообразования и карамелизации и образование ароматических компонентов имеют большое значение во многих пищевых производствах для получения продуктов с красивым цветом и характерным ароматом (хлебопечение, производство безалкогольных напитков и пива, кондитерское производство).

5. Промежуточные продукты реакции обладают антиокислительной активностью. Это объясняется тем, что промежуточные продукты распада фруктозоамина, соединяясь с пероксидами или свободными радикалами, замедляют окислительный процесс. Следовательно, соответствующее регулирование реакции Майара в ходе производства пищевого продукта положительно сказывается на его качестве в процессе хранения.

6.Помимо того, что реакция Майара сокращает содержание аминокислот, есть доказательства, что образующиеся продукты, затрудняют усвоение белков.

Таким образом, процесс меланоидинообразования, с одной стороны, снижает пищевую ценность готового продукта вследствие потери ценных пищевых веществ, а с другой стороны, улучшает органолептические показатели кулинарных изделий.

Лекция №9

Тема «Функции моно-и олигополисахаридов в пищевых продуктах.

Физико-химические изменения крахмала при тепловой обработке»

План

1. Функции моно-и олигосахаридов в пищевых продуктах

2. Крахмал: значение в питании, строение крахмального зерна.

3. Физико-химические изменения крахмала: растворимость, набухание и клейстеризация.

4. Физико-химические изменения крахмала: ретроградация, деструкция, модификация.

Функции моно и олиго-сахаридов в пищевых продуктах

Гидрофильность – одно из основных физических свойств углеводов, обусловленная наличием ОН-групп, которые, взаимодействуя с водой, приводят к растворению сахаров и многшгих их полимеров. Эффект связывания воды зависит от структуры сахара. Так, например, фруктоза более гигроскопична, чем D-глюкоза, хотя они и имеют одинаковое число гидроксильных групп. При 100%-ной относительной влажности воздуха сахароза и мальтоза связывают значительное количество воды, когда как лактоза менее гигроскопична. Таким образом, способность связывать воду и контролировать активность воды в пищевых продуктах – одно из наиболее важных свойств углеводов.

Связывание ароматических веществ – при различных видах сушки углеводы являются важными компонентами, способствующими сохранению цвета и летучих ароматических веществ. Сущность этого заключается в замене взаимодействия сахар-вода на взаимодействие сахар-ароматическое вещество. Способность связывать ароматические вещества наиболее выражена у дисахаридов и менее – у моносахаридов.

Образование продуктов неферментативного потемнения пищевого аромата, в результате которых образуются окрашенные меланоидиновые пигменты и много разнообразных летучих компонентов.

Сладость – ее ощущение возникает при употреблении низкомолекулярных углеводов.

2. Крахмал: значение в питании, строение крахмального зерна

Крахмал – растительный полисахарид, содержащийся в виде зерен разной величины и формы в органах растений. Он содержит 13-30% амилозы и 70-85% амилопектина, кроме того, в незначительном количестве присутствуют сопутствующие соединения – фосфорная и кремниевые кислоты. Амилоза представляет собой прямую цепь из остатков глюкозы (около 1000), амилопектин – ветвящиеся цепи остатков глюкозы (более 1000).

Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, выполняя роль загустителя и связывающего агента. В одних случаях он присутствует в сырье, в других – его добавляют для придания продукту тех или иных свойств. Крахмал обеспечивает основную часть калорийности рациона и вносит значительный вклад в сенсорную оценку продукта.

Крахмальное зерно – это биологическое образование с хорошо организованной формой и структурой. В центральной его части имеется ядро, называемое зародышем или «точкой роста», а вокруг видны ряды концентрических слоев – «колец роста», толщина слоев крахмальных зерен – 0,1 мкм, что образует зачатки кристаллической структуры. Благодаря такому строению крахмальное зерно обладает анизотропностью – двойным лучепреломлением. Полисахариды в крахмальном зерне связаны между собой водородными связями. Схема строения крахмального зерна была предложена Мюлеталером, согласно которой форма цепей полисахаридов цепей складчатая. Слои крахмального зерна неоднородны: наружные слои более плотные, чем внутренние и образуют оболочку зерна, которая пронизана порами и благодаря этому способна поглощать влагу.

2. Физико-химические изменения крахмала: растворимость,

Растворимость. Нативный крахмал практически нерастворим в холодной воде, однако вследствие гидрофильности способен адсорбировать влагу до 30% собственной массы. процесс растворения крахмальных полисахаридов протекает медленно вследствие относительно большого размера молекул. Растворению крахмала предшествует набухание.

Набухание крахмала – процесс поглощения воды, который влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий. Степень набухания зависит от температуры среды и соотношения воды и крахмала. При нагревании крахмала с водой до температуры 55ºС они медленно поглощают воду (до 50% своей массы), частично набухают, но изменения вязкости не происходит, такое набухание обратимо и при охлаждении и сушки крахмал практически не изменяется. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур от 60 до 100ºС набухание ускоряется, объем увеличивается в несколько раз, происходит клейстеризация.

Клейстеризация – поглощение крахмалом большого количества воды при температуре 55-80ºС, сопровождающееся набуханием, увеличением в объеме в несколько раз, разрушением нативной структуры крахмального зерна. В центре крахмального зерна образуется полость, а на его поверхности появляются складки, бороздки, углубления. В процессе набухания и клейстеризации часть полисахаридов растворяется и остается в полости крахмального зерна, а часть диффундирует в окружающую среду. Температура клейстеризации картофельного крахмала –55-65ºС, пшеничного – 60-80ºС, кукурузного – 60-71ºС, рисового – 70-80ºС.

Одним из признаков клейстеризации является значительное повышение вязкости крахмальной суспензии, при этом вязкость обусловлена не столько присутствием набухших крахмальных зерен, сколько способностью растворенных в воде полисахаридов образовывать трехмерную сетку, удерживающую большее количество воды, чем крахмальные зерна. Этой способностью в наибольшей степени обладает амилоза, которая и обусловливает способность зерен к набуханию.

Из различных крахмалов образуется два типа клейстеров: из клубневых – прозрачный, бесцветный, желеобразной консистенции; из зерновых – непрозрачный, молочно-белый, пастообразной консистенции. Консистенция клейстера зависит от количества крахмала: 2-5% – клейстер жидкий, 6-8% – клейстер густой.

На вязкость клейстеров влияют также другие факторы:

1. Сахароза в концентрациях до 20% увеличивает вязкость клейстеров

2. рН: при снижении рН вязкость клейстеров уменьшается; в интервале рН от 4 до7, характерном для многих кулинарных изделий, вязкость клейстеров снижается незначительно; при рН около 2,5 вязкость клейстера резко падает. Поскольку при низких значениях рН имеет место интенсивный гидролиз с образованием незагустевающих декстринов, необходимо, чтобы избежать кислотного разжижения, использовать в качестве загустителя в кислых продуктах модифицированные поперечно-сшитые крахмалы;

3. Липиды, в частности, триглицериды (жиры, масла), моно- и диацилглицериды. Жиры, которые могут давать комплексы с амилозой, тормозят набухание крахмальных зерен, вследствие этого в белом хлебе, в котором мало жира, 96% крахмала обычно полностью клейстеризовано. Моноацилглицериды жирных кислот приводят к увеличению температуры клейстеризации, уменьшению силы геля, что связано со способностью компонентов жирных кислот в моноацилглицеридах образовывать соединения с амилозой, а, возможно, и с длинными внешними цепями амилопектина. Образование этих комплексов препятствует доступу воды в гранулу.

4. Белки оказывают стабилизирующее действие на крахмальные клейстеры. Данный процесс очень важен при формировании структуры теста – образовании клейковины. Однако точная природа взаимодействия между крахмалом и белком в пищевых системах остается неясной, что связано с трудностями в изучении взаимодействия двух неподобных макромолекул.

3. Физико-химические изменения крахмала: ретроградация,

Ретроградация – переход крахмальных полисахаридов из растворимого состояния в нерастворимое (выпадение в осадок в основном амилозы) вследствие агрегации молекул. Полисахариды в крахмальных студнях высокой концентрации (например, изделия из теста) быстро ретроградируют, что приводит к увеличению их жесткости – черствению. Старение крахмальных студней называют еще синерезисом. Объясняется это тем, что физически связанная с полисахаридами вода вытесняется из студня, вследствие чего изделия приобретают жесткую консистенцию. Ретроградация усиливается при замораживании изделий, неоднократные замораживания и оттаивания приводят к необратимой ретроградации и резкому ухудшению качества готового изделия. Кроме того, ретроградированный крахмал менее чувствителен к действию ферментов.

Для предотвращения черствения в изделиях целесообразно использовать в качестве добавок жиры, которые образуют комплексы с амилозой. Эффект черствения может быть частично реверсирован в хлебе прогревом и смачиванием водой, при этом в результате термического движения крахмальных молекул имеет место частичный возврат к более аморфной структуре.

Чем выше влажность блюда или кулинарного изделия, тем интенсивнее снижается в нем количество водорастворимых веществ. Наиболее быстро старение протекает в пшенной каше, медленнее – в манной и гречневой. Повышение температуры тормозит старение крахмала, поэтому блюда из круп и макаронных изделий, хранящиеся на мармите имеют хорошие органолептические показатели в течение 4 часов.

Деструкция крахмала – разрушение структуры крахмального зерна при температуре 120ºС с образованием растворимых декстринов и продуктов распада углеводов (углекислый газ, окись углерода). Деструкция протекает при нагреве крахмала в присутствии воды или при сухом нагреве при температуре выше 100ºС. Крахмал может быть подвержен деструкции под влиянием амилолитических ферментов. Изменения крахмала при сухом нагреве называют декстринизацией.

При деструкции способность крахмала к набуханию и клейстеризации снижается. Степень деструкции характеризуют коэффициентом деструкции, который рассчитывается по формуле

где К_v1 – степень набухания продукта до обработки, %;

К_v2 – степень набухания продукта после обработки, %.

Увеличение температуры нагрева крахмала до 150ºС вызывает более глубокую деструкцию полисахаридов, при этом амилоза деполимеризуется до такого состояния, что легко вымывается водой, появляется и растворимая фракция амилопектина.

Поэтому соусы на белой пассеровке (120ºС) значительно гуще, чем на красной (150ºС) при одном и том же расходе муки.

Консистенция рассыпчатых каш, изготовленных из сырой крупы, не всегда бывает удовлетворительной, поэтому гречневую крупу перед варкой обжаривают, а рисовую и манную подсушивают, тогда в результате деструкции снижается способность крахмала к набуханию, что обусловливает улучшение консистенции рассыпчатых каш.

В некоторых случаях деструкция крахмала протекает очень интенсивно и достаточно глубоко, что вызывает значительные изменения в структуре тканей продукта. Например, при изготовлении взорванных зерен кукурузы, сухих завтраков используют особые технологические режимы – обработку зерен в специальных аппаратах – «пушках» под давлением 1,2 МПа, температура внутри зерен достигает почти 200ºС, в связи с этим крахмал почти полностью теряет способность к набуханию и клейстеризации, взорванные зерна злаков легко растворяются в холодной воде.

Ферментативная деструкция протекает при изготовлении дрожжевого теста и выпечке изделий из него, варке картофеля и др. под действием амилолитических ферментов, содержащихся в дрожжах, муке. Ферменты, расщепляющие крахмал, называются амилазами. В пшеничной муке содержится β-амилаза, расщепляющая крахмал до мальтозы, которая, в свою очередь, является питательной средой для дрожжей. Активная α-амилаза содержится в муке из дефектного зерна (проросшего и т.д.). Степень деструкции увеличивается с повышением температуры замеса, а также с повышением тонкости помола (больше поврежденных крахмальных зерен).

Ферментативная деструкция продолжается и при выпечке изделий, особенно в начальной ее стадии до момента инактивации фермента. При выпечке этот процесс происходит наиболее интенсивно, чем при приготовлении теста, так как оклейстеризованный крахмал легче гидролизуется ферментами. Инактивация β-амилазы происходит при температурах 65ºС. При повышенной активности α-амилазы образуются продукты деструкции, которые ухудшают качество изделий из теста – мякиш получается липким, а изделия кажутся непропеченными. Это объясняется тем, что температура инактивации α-амилазы (80ºС) выше, чем β-амилазы, и действие ее продолжается при выпечке, в результате накапливаются низкомолекулярные полисахариды, снижается способность крахмала связывать влагу.

В картофеле также содержится β-амилаза и образующиеся мальтоза расходуется на дыхание клубней при температуре 0ºС дыхание замедляется, что приводит к накоплению мальтозы и сладковатому привкусу картофеля, поэтому при использовании подмороженный картофель рекомендуется некоторое время выдержать при комнатной температуре, чтобы дыхание восстановилось и сладковатость уменьшилась. β-амилаза инактивируется при температуре 65ºС, поэтому картофель необходимо заливать горячей водой, чтобы предотвратить распад крахмала до мальтозы, которая переходит в отвар и потери питательных веществ увеличиваются.

Кислотная деструкция – распад крахмала до глюкозы в присутствии кислот и воды, имеет место при варке красных соусов, киселей.

Модификация крахмала – это процесс изменения молекул крахмала, сопровождающийся изменениями его гидрофильности, способности к клейстеризации и студнеобразованию, а также механических характеристик студней. Одни виды модификации способствуют растворимости крахмала, а другие ограничивают набухание.

Виды модифицированных крахмалов:

1. Предварительно клейстеризованный крахмал получают путем клейстеризации крахмальной суспензии с последующим высушиванием распылением или в виде тонкой пленки с последующим высушиванием в порошок. Обладает быстрой регидратационной способностью, что позволяет использовать его в качестве загустителя в пищевых продуктах без нагревания.

2. Крахмал, модифицированный кислотой получают путем обработки крахмальной суспензии соляной или серной кислотой при температуре 25-55ºС, причем время обработки зависит от показателя вязкости, которую хотят получить и составляет 6-24 часа. Полученный крахмал нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в кипящей.

3. Этерифицированные крахмалы получают путем обработки зерен крахмала уксусной кислотой или, предпочтительнее, ацетангидридом в присутствии катализатора. Они обладают пониженной температурой клейстеризации, пониженной способностью к ретроградации, образуют прозрачные и стабильные клейстеры, применяют в замороженных продуктах, пекарских изделиях, инстант-порошках.

Монофосфатные крахмалы получают реакцией сухой смеси крахмала и кислых солей орто-пиро-или триполифосфата при повышенной температуре (50-60ºС, 1 час). Они набухают в холодной воде, имеет более низкую температуру клейстеризации, имеет пониженную способность к ретроградации, имеет исключительную стабильность при размораживании, поэтому его применяют при производстве замороженных продуктов.

Дифосфатные крахмалы получают реакцией крахмала с би- и полифункциональными агентами, такими как триметафосфат натрия, оксихлорид фосфора и др. При этом образуется химический мост между близлежащими цепями, и эти крахмалы относятся к поперечно-сшитым. Они обладают высокой стабильностью при повышенных температурах, механических воздействиях, стабильностью при размораживании, благодаря этому их используют в детском питании, фруктовых начинках, в кремах и др.

4. Окисленные крахмалы получают при действии окислителей (КMnO₄, KBrO₃) на водную суспензию крахмала при температуре более низкой, чем температура клейстеризации. Их используют в качестве низковязкостных наполнителях (в соусах типа «майонез»), они не проявляют склонности к ретроградации, не образуют непрозрачных гелей. Крахмал, модифицированный перманганатом калия, находит применение при производстве желейных конфет – вместо агара и пектина.

Лекция №10

Тема «Изменения углеводов клеточных стенок при тепловой кулинарной обработке: клетчатки, полуклетчатки, пектиновых веществ»

План

1. Строение тканей овощей и плодов.

2. Изменения углеводов клеточных стенок при тепловой кулинарной обработке: клетчатки, полуклетчатки, пектиновых веществ.

3. Влияние некоторых факторов на продолжительность тепловой кулинарной обработки овощей.

Технологические свойства овощей и плодов определяются составом и содержанием в них пищевых веществ и особенностями строения их тканей.

Ткань овощей состоит из тонкостенных клеток, такую ткань называют паренхимной. Содержимое клеток представляет собой полужидкую массу – цитоплазму, в которую погружены органеллы клетки – вакуоли, ядра, пластиды.

Рис. 1. Строение растительной клетки:

1 – клеточная стенка; 2 – цитоплазма;

3 – вакуоль; 4 – ядро; 5 – хлоропласты;

6 – клеточная оболочка.

Все органеллы клетки отделены от цитоплазмы мембранами, вакуоли окружены простой мембраной – тонопластом. Поверхность ядер, пластид и других цитоплазматических структур покрыта двойной мембраной. Цитоплазма на границе с клеточной оболочкой покрыта плазмолеммой (простая мембрана), которую можно увидеть при помещении клетки в солевой раствор. Вследствие разницы давления внутри клетки и вне ее происходит переход воды из клетки в окружающую среду, вызывающий плазмолиз – отделение цитоплазмы от клеточной оболочки.

Каждая растительная клетка покрыта оболочкой, представляющей собой первичную клеточную стенку. В отличие от мембран она характеризуется полной проницаемостью. Оболочки каждых соседних клеток скреплены при помощи срединных пластинок, образуя остов паренхимной ткани.

Поверхность отдельных экземпляров овощей и плодов покрыта покровной тканью – эпидермисом (плоды, наземные овощи) или перидермой (картофель, свекла, репа). Свежие отличаются повышенным содержанием воды, поэтому все структурные элементы их паренхимной ткани гидратированы. Способность овощей и плодов при достаточно высоком содержании влаги сохранять форму объясняется присутствием белков и углеводов, способных удерживать значительное количество влаги. Это обеспечивает достаточно высокое тургорное давление в тканях. Тургор – это состояние напряжения, возникающее вследствие давления содержимого клеток на их эластичные оболочки и давления оболочек на содержимое клеток.

2. Изменения углеводов клеточных стенок при тепловой кулинарной обработке: клетчатки, полуклетчатки, пектиновых веществ

Из углеводов в овощах содержатся моносахариды (глюкоза и фруктоза), дисахариды (сахароза, мальтоза) и полисахариды (крахмал, клетчатка, гемицеллюлозы, пектиновые вещества). Клеточные стенки составляют примерно 0,7-5% сырой массы овощей и плодов. В состав клеточных стенок и срединных пластинок входят в основном полисахариды (80-95%) – клетчатка, гемицеллюлозы и протопектин, поэтому их называют «углеводами клеточных стенок». Кроме углеводов в клеточных стенках содержатся азотистые вещества, лигнин, липиды, воска, минеральные вещества. Из азотистых веществ в клеточных стенках обнаружен белок, который в некоторых отношениях напоминает белок коллаген, выполняющий аналогичные функции в животных тканях, называют его экстенсином.

В начальный период тепловой кулинарной обработки овощей и плодов активизируются содержащиеся в них ферменты, вызывающие те или иные изменения пищевых веществ, затем ферменты инактивируются, цитоплазма и мембраны вследствие денатурации белков разрушаются и отдельные компоненты клеточного сока и других структурных элементов клетки получают возможность взаимодействовать друг с другом.

При тепловой обработке происходит размягчение овощей и плодов, обусловленное частичной деструкцией клеточных стенок, однако клеточные стенки не разрушаются даже при протирании овощей, так как обладают достаточной прочностью и эластичностью. При протирании ткань разрушается по срединным пластинкам, которые подвергаются большей деструкции. Глубоким изменения подвергаются углеводы клеточных стенок: гемицеллюлозы и пектиновые вещества, а также экстенсин, целлюлоза при тепловой обработке набухает.

Деструкция протопектина и гемицеллюлоз. Протопектин — полимер пектина — имеет сложную разветвленную структуру. Главные цепи его молекул состоят из остатков галактуроновых и полигалактуроновых кислот и сахара – рамнозы. Цепи галактуроновых кислот соединены друг с другом с помощью различных связей (водородных, эфирных, ангидридных, солевых мостиков), среди которых преобладают солевые мостики из двухвалентных ионов кальция и магния. Деструкции протопектина обусловлена, прежде всего, распадом водородных связей между этерифицированными остатками галактуроновой кислоты и хелатных связей с участием ионов Са и Мg между неэтерифицированными остатками полигалактуроновой кислоты. Происходит ионообменная реакция: ионы кальция и магния заменяются одновалентными ионами натрия и калия.

При этом связь между отдельными цепями галактуроновых кислот разрушается. Протопектин распадается, образуется растворимый в воде пектин, и овощная ткань размягчается. Реакция эта обратима. Чтобы она проходила в правую сторону, необходимо удалять ионы кальция из сферы реакции. В растительных продуктах содержатся фитин и ряд других веществ, связывающих кальций. Однако связывание ионов кальция (магния) не происходит в кислой среде, поэтому размягчение овощей замедляется. В жесткой воде, содержащей ионы кальция и магния, этот процесс также будет проходить медленно.

Таким образом, особенность механизма деструкции клеточных стенок различных овощей определяется, прежде всего, степенью этерификации остатков галактуроновой кислоты в протопектине. Степень этерификации полигалактуроновой кислоты в свекле 72%, моркови – 59%, капусте – 65%, у картофеля и кабачков – 40%.

В разных овощах скорость распада протопектина не одинакова. Поэтому варить можно все овощи, а жарить только те, у которых протопектин успевает превратиться в пектин, пока еще не вся влага испарилась (картофель, кабачки, помидоры, тыкву). Можно предположить, что жарке пригодны те овощи, у которых степень этерификации полигалактуроновых кислот близка к 40%. У моркови, репы, брюквы и некоторых других протопектин настолько устойчив, что они начинают подгорать раньше, чем достигнут кулинарной готовности.

При тепловой кулинарной обработке овощей наряду и параллельно с деструкцией протопектина протекает деструкция гемицеллюлоз также с образованием растворимых продуктов. Однако деструкция гемицеллюлоз начинается при более высоких температурах, чем деструкция протопектина – от 70 до 80ºС.

Деструкция структурного белка клеточных стенок – экстенсина. Экстенсин при тепловой обработке подвергается деструкции с образованием растворимых продуктов. Разрушение экстенсина начинается уже при температуре 50ºС, при этом несколько уменьшается и механическая прочность овощей.

Установлено, что свекла при варке до полуготовности и последующем охлаждении размягчается, то есть когда протопектин, гемицеллюлозы и пектин уже подверглись необходимой деструкции, но продукты деструкции еще удерживаются в связанном состоянии и не перешли в раствор, так как необходимая для этого влага в клеточных стенках отсутствует. При остывании корнеплодов набухшая целлюлоза и гемицеллюлозы частично восстанавливают структуру и выделяют поглощенную при набухании влагу, в результате такого обводнения клеточных стенок и дополнительного поступления влаги из клеток растворимые продукты деструкции протопектина, гемицеллюлоз и экстенсина переходят в раствор и прочность клеточных стенок понижается.

При охлаждении сваренных овощей и плодов эластичность клеточных оболочек понижается, а хрупкость возрастает. Это обусловливает неприятно вязкую консистенцию при протирании картофеля в охлажденном состоянии, при котором происходит разрушение клеточных стенок и клейстеризованный крахмал вытекает.

Тепловой кулинарной обработки овощей

Продолжительность тепловой кулинарной обработки овощей зависит от свойств самого продукта и технологических факторов: способа тепловой обработки, степени измельчения продукта, температурного режима обработки продукта, рН среды и др.

1. Строение продукта. Различие в продолжительности тепловой обработки отдельных видов овощей обусловлены неодинаковой термоустойчивостью клеточных стенок и разным характером деструкции их компонентов.

2. Технологические факторы:

– способ обработки: при варке овощей в воде и на пару значительных различий в сроках тепловой обработки не наблюдается, в СВЧ-аппаратах время тепловой обработки сокращается в несколько раз, при измельчении овощей сроки их тепловой обработки сокращаются;

– температура варочной среды: с повышением температуры варочной среды степень деструкции протопектина, гемицеллюлоз, экстенсина возрастает. Следует отметить, что температурный оптимум пектинметилэстеразы лежит в интервале 50-80ºС, поэтому если овощи выдерживают некоторое время при этих температурах, то развариваемость их при последующем нагревании снижается. Нельзя, в частности, в процессе варки овощей добавлять холодную воду, так как при этом увеличивается их продолжительность варки;

– реакция среды: щелочная среда способствует размягчению овощей и плодов при кулинарной обработке, так как вызывает деэтерификацию пектиновых веществ с образованием хорошо растворимых продуктов, однако при этом неустойчив витамин С. Кислая среда приводит к увеличению сроков тепловой обработки овощей и уплотнению их консистенции. Поэтому с целью сокращения сроков варки подкислять варочную среду необходимо в конце варки;

– выщелачивание: при длительно хранении в воде очищенного картофеля происходит выщелачивание его поверхностных слоев и в процессе последующей варки эти слои не размягчаются в достаточной степени, в то время как внутренние части клубней достигают готовности, поэтому длительное хранение очищенного картофеля в воде приводит не только к потере питательных веществ, но и к ухудшению его развариваемости.

– подсаливание воды положительно влияет на размягчение тканей корнеплодов, однако при варке в подсоленной воде может ухудшиться вкус овощей с большим содержанием сахара.

Лекция №11

Тема «Изменение содержания воды и сухих веществ в продуктах при их кулинарной обработке. Свободная и связанная влага,

активность воды»

План

1. Вода: физические и химические свойства, структура и свойства.

2. Формы связи воды с пищевыми веществами и структурными элементами продуктов.

3. Активность воды и стабильность пищевых продуктов.

4. Изменение содержания воды при кулинарной обработке продуктов.

5. Механизм образования мясных, рыбных бульонов, овощных отваров.

1. Вода: физические и химические свойства, структура и свойства

Вода не является питательным веществом, однако ее роль неоценима, поскольку она выступает переносчиком пищевых веществ, реагентом и реакционной средой, стабилизатором конформации биополимеров и др. жизненноважные функции.

Вода – важнейшая составляющая пищевых продуктов растительного и животного происхождения как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель. Благодаря взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в текстуру пищи.

Вода может существовать в состоянии жидкости, пара или льда, имеет значительную теплопроводность. Каждая молекула воды тетраэдрически координирована с четырьмя другими молекулами воды благодаря водородным связям.

Взаимодействие воды с присутствующими в продукте компонентами обусловливает его сроки хранения. Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует его причастность к химическим и биологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами – белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.

Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

Например, при влажности зерна 15-20% связанная вода составляет 10-15%, при большей влажности появляется свободная влага, способствующая усилению биохимических процессов, например, прорастанию зерна.

Плоды и овощи содержат 75-95% влаги, в основном свободной и только 5% – связанной. Поэтому плоды и овощи легко высушить до 10-12%, но сушка до более низкой влажности требует применения специальных методов.

«Связывание воды» и «гидратация» – определения, характеризующие способность воды к ассоциации с различной степенью прочности с гидрофильными веществами.

Таким образом, связанная вода характеризуется следующими показателями:

– характеризует равновесное влагосодержание образца при некоторой температуре и низкой относительной влажности;

– не замерзает при низких температурах (-40ºС и ниже);

– не может служить растворителем для добавленных веществ;

– существует вблизи растворенного вещества и других неводных веществ и имеет свойства, значительно отличающиеся от свойств всей массы воды в системе.

Физическую сущность связанной воды позволяет дать определение: «Связанная вода – это вода, которая существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств всей массы воды в той же системе, и не замерзает при -40ºС».

Связанная вода бывает:

– органически связанная, представляет очень малу часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится. Например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов;

– близлежащая вода, представляет собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды;

– мультислойная вода (вода полимолекулярной адсорбции) примыкает к монослою, образуя несколько слоев за близлежащей водой. Это менее прочно связанная влага, однако она все еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, и поэтому ее свойства отличаются от чистой воды.

В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большое количество воды. Структура этой воды в макромолекулярной матрице еще точно не установлена, но ее поведение в пищевых системах и важность для качества пищи очевидна. Это вода не выделяется из продукта даже при большом механическом усилии. С другой стороны, в технологических процессах обработки она ведет себя почти как чистая вода (ее можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании). Изменение количества этой воды существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, явление синерезиса – потеря воды при хранении гелей.

Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью или порчей. Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

Однако различные пищевые продукты с одинаковым содержанием влаги портятся по-разному и было установлено, что имеет большое значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами. Так, вода сильнее связана с неводными компонентами способна сильнее поддержать процессы, разрушающие пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

Чтобы учесть данные факторы, введен термин «активность воды», характеризующий влияние влаги на порчу продукта. Активность воды (а_w) – это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при этой же температуре. Это отношение входит в основную термодинамическую формулу определения энергии связи влаги с материалом (уравнение Ребиндера).

где ∆F – уменьшение свободной энергии (при постоянной температуре);

L – работа отрыва 1 моля воды от сухого скелета материала (без изменения состава);

R – универсальная газовая постоянная.

где Р_w – давление водяного пара в системе пищевого продукта;

Р₀ – давление чистой воды;

РОВ – относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %.

По величине активности воды продукты классифицируют:

– продукты с высокой влажностью (а_w=1,0-1,9): фрукты (0,97), яйца (0,97), мясо (0,97), сыр (0,96), хлеб (0,95);

– продукты с промежуточной влажностью (а_w=0,9 -0,6): мука (0,8), мед (0,75), печенье (0,6);

– продукты с низкой влажностью (а_w=0,6-0,0): шоколад (0,40), сахар (0-0,15).

Кривые, показывающие связь между содержанием влаги (масса воды, г Н₂0/г СВ) в пищевом продукте с активностью воды в нем при постоянной температуре, называются изотермами сорбции. Они несут информацию для характеристики процессов концентрирования и дегидратации (так как простота и трудность удаления воды из продукта связана с ее активностью), а также позволяют оценивать стабильность пищевых продуктов.

Изотерма сорбции имеет зоны I-III. Вода, присутствующая в зоне I (сухая зона), наиболее сильно абсорбирована за счет полярных взаимодействий и наиболее неподвижна в пищевых продуктах. Эта вода не способна быть растворителем, и не присутствует в значительных количествах, чтобы влиять на пластичные свойства твердого вещества, она просто является его частью. Граница зон I и II соответствует монослою влаги, это чрезвычайно малая часть всей влаги в высоковлажном пищевом продукте.

Вода в зоне II образует мультислой и взаимодействует с другими молекулами за счет водородных связей. Эта вода участвует в процессе растворения, действует как пластифицирующий агент. Вода в I и II зонах составляет менее 5% от общей влаги в высоковлажных пищевых продуктах.

Вода, находящаяся в зоне III менее связана и наиболее мобильна, является растворителем, что важно для протекания химических реакций и роста микроорганизмов. Она составляет 95% от всей влаги в высоковлажных материалах.

Активность воды и стабильность пищевых продуктов имеют тесную взаимосвязь. Так, в продуктах с низкой влажностью могут протекать процессы окисления жиров, неферментативное потемнение, потеря витаминов, пора, вызванная ферментами, при этом активность микроорганизмов здесь подавлена. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов, а в продуктах с высокой влажностью им принадлежит решающая роль.

Эффективным средством для предупреждения микробиологической порчи и целого ряда химических реакций, снижающих качество пищевых продуктов при хранении, является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для этого используют такие технологические приемы как сушка, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль), замораживание. С целью достижения в продукте той или иной активности воды применяют такие технологические приемы, как:

– адсорбция – продукт высушивают, а затем увлажняют до определенного уровня влажности;

– сушка посредством осмоса – пищевые продукты погружают в растворы, активность воды в которых ниже активности воды в пищевых продуктах (растворы сахара и соли). В этом случае имеет место два противотока: из раствора в продукт диффундирует растворенное вещество, а из продукта в раствор – вода.

Помимо влияния на химические реакции и рост микроорганизмов активность воды имеет значение и для текстуры продукта. Например, максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах, без потери желаемых свойств, может изменяться в пределах 0,335-0,5 в зависимости от вида продукта (сухое молоко, крекеры и т.п.). Большая активность воды необходима для продуктов мягкой текстуры, которые не должны обладать хрупкими свойствами.

Продуктов

Кулинарная обработка, особенно тепловая, вызывает в продуктах глубокие физико-химические изменения. Эти изменения могут приводить к потерям питательных веществ, существенно влиять на усвояемость и пищевую ценность продуктов. При промывании, замачивании, варке и припускании продукты соприкасаются с водой и из них могут извлекаться растворимые вещества, то есть протекать процесс диффузии, подчиняющийся закону Фика. Согласно этому закону скорость диффузии зависит от площади поверхности продукта. Чем она больше, тем быстрее происходит диффузия. Это необходимо учитывать при хранении очищенных овощей в воде или их промывании, варке. Так, площадь поверхности клубней (средне размера) 1 кг картофеля составляет примерно 160-180 см², а нарезанного брусочками – более 4500 см², т. е. в 25-30 больше. Соответственно из нарезанного картофеля будет влечено растворимых веществ больше, чем из целых клубе за один и тот же период хранения. Поэтому не следует хранить в воде или варить основным способом предварительно резанные овощи. Кроме того, скорость диффузии зависит от концентрации растворим веществ в продукте и окружающей среде. Концентрация растворимых веществ в продукте может быть очень значительной. Так, концентрация сахаров в свекле составляет 8-10%, моркови – 6,5, брюкве – 6%. При погружении овощей в воду экстракция растворимых веществ вначале идет с большой скоростью из-за разницы концентраций, а затем постепенно замедляется и при выравнивании концентраций прекращается.

Концентрационное равновесие наступает тем быстрее, чем меньше объем жидкости. Этим объясняется то, что при припускании и варке продуктов паром потери растворимых веществ меньше, чем при варке основным способом. Поэтому для уменьшения потерь питательных веществ при варке продуктов жидкость берут с таким расчетом, чтобы только покрыть продукт. И наоборот, если надо извлечь как можно больше растворимых веществ (варка говяжьих почек, отваривание некоторых грибов перед жаркой и т. д.), то воды для варки должно быть больше.

Диффузия растворимых веществ осложняется особенностями структуры пищевых продуктов и зависит от коэффициента внутренней диффузии.

Таким образом, уменьшить переход питательных веществ из продукта в варочную среду можно, не только сократив объем жидкости, взятой для варки, но и замедлив внутреннюю диффузию растворимых веществ в самом продукте. Для этого необходимо создать в продукте значительный градиент (перепад) температуры, для чего сразу погрузить его в горячую воду. В этом случае в результате термомассопереноса влага и растворенные в ней вещества перемещаются из поверхностных слоев вглубь продукта (термическая диффузия). Если необходимо извлечь как можно больше растворимых веществ, то продукт при варке закладывают в холодную воду.

При нагревании продуктов поверхностный нагрев создает градиент температуры и вызывает перемещение влаги. Пищевые продукты представляют собой капиллярно-пористые тела. В капиллярах на влагу действуют силы поверхностного натяжения. Если оба конца капилляра имеют одинаковую температуру, то влага в нем находится в равновесии. Если один конец капилляра нагреть, то поверхностное натяжение его уменьшится. Но поскольку на другом конце капилляра оно будет прежним, то жидкость вместе с растворенными в ней веществами будет передвигаться от нагретого конца к холодному. Благодаря этому возникает поток влаги от нагретой поверхности продукта к его холодному центру (термодиффузия). Одновременно часть влаги с поверхности изделия под действием высокой температуры испаряется, в результате на продукте образуется румяная корочка, которая уменьшает потери влаги, а следовательно, и массы изделия за счет испарения. По мере образования обезвоженного поверхностного слоя возникает разница в содержании влаги (градиент влагосодержания). В поверхностных слоях влагосодержание меньше, в глубине – больше, вследствие чего поток влаги направляет к поверхности. При стационарном тепловом режиме устанавливается равновесие этих двух потоков: направленного к центру (вызванного термомассопереносом) и направленного к поверхности (вызванного градиентом влагосодержания).

Овощных отваров

При варке мяса происходит денатурация белков, которая отмечается уже при температуре 30-40°С. Это относится в первую очередь к миозину, ферментативная активность которого при нагреве до 40°С в течение 3 ч снижается наполовину. Более значительная денатурация белков мяса наступает при температурах выше 40°С и продолжается до температуры 50°С, что приводит к образованию новых устойчивых поперечных связей. При температурах выше 55°С уплотняется сеть белковой структуры. При температурах 65-70°С денатурация белков миофибрилл в основном заканчивается. При нагреве до 50°С большая часть белков саркоплазмы денатурирует, но некоторые из них, например глобулин, денатурируют не полностью даже при 70°С. При температуре около 70°С начинается, а при 80°С заканчивается денатурация миоглобина, которая приводит сначала к ослаблению, а затем и к отщеплению гема от глобина, в результате чего изменяется окраска мяса. Следует отметить, что небольшая часть белков мяса сохраняет растворимость даже при нагревании до 100°С.

Денатурация и образование новых устойчивых поперечных связей в структуре денатурированного белка приводят к уменьшению гидрофильных центров за счет блокирования полярных группировок в результате их взаимодействия друг с другом, увеличению гидрофобных групп и, как следствие, к снижению гидратации мышечной ткани

Решающее воздействие на размягчение мяса при варке оказывает изменение коллагена, так как эластин при тепловой обработке практически не изменяется, а только слегка набухает. При нагревании коллагена происходят плавление полипептидных спиралей и разрыв межцепьевых связей, а при длительном нагревании при высоких температурах возможен также гидролиз пептидных связей.

Полный гидролиз коллагена происходит при нагреве при 126°С в течение 3 ч. Образовавшийся глютин в отличие от коллагена не только хорошо набухает, но при 40°С и выше неограниченно растворяется в воде, так как между молекулами его отсутствуют постоянные прочные связи. Растворы глютина при охлаждении образуют студни. При длительном нагреве глютина студнеобразующая способность его снижается вследствие дальнейшего распада глютина.

Денатурация коллагена и его гидротермическая деструкция играют важную роль в технологических процессах, связанных с тепловой обработкой мяса и мясопродуктов, особенно при влажном нагреве. В условиях же обычной варки распад коллагена хотя и ускоряется в интервале температур от 70 до 100°С, однако степень распада зависит в большей степени не от температуры, а от продолжительности теплового воздействия.

При двухчасовой варке крупных кусков мяса воды выделяется 35-40% массы продукта. Вместе с водой в окружающую среду переходят растворенные в ней вещества. Образуется бульон. На выделение этих веществ при варке мясных продуктов влияет диффузия. По имеющимся в литературе данным, при варке мяса в воду (бульон) переходит от 1,5 до 2,6% растворимых веществ в зависимости от продолжительности нагрева, вида мяса, анатомического строения, массы, соотношения воды и продукта, термического состояния, упитанности.

Состав веществ, которые выделяются при варке мясных продуктов, разнообразный. Подразделяют эти вещества на органические и минеральные. Наиболее важные из органических веществ – растворимые белки, продукты деструкции коллагена (глютин), экстрактивные вещества, липиды, витамины. Мышечные белки переходят в воду при варке мяса в небольших количествах (0,05-0,15%) и главным образом в начальный ее период, пока не произошла их денатурация.

Экстрактивные вещества представлены в мясе двумя группа ми – азотистыми и безазотистыми. К азотистым экстрактивным веществам относятся: свободные аминокислоты, дипептиды (карнозин, ансерин), производные гуанидина (креатин, креатинин, метилгуанидин, креатинфос-фат), пуриновые основания, карнитин, холин, инозиновая кислота и др. К безазотистым экстрактивным веществам относятся гликоген и продукты его превращения: мальтоза, глюкоза, рибоза, инозит, а также молочная, янтарная, пировиноградная, муравьиная, уксусная, масляная кислоты и др. При варке примерно 40-50% экстрактивных веществ переходит в воду и, кроме того, происходят потери экстрактивных веществ, обусловленные их разрушением.

В процессе варки мяса в воду может переходить до 50% продуктов деструкции коллагена, главным образом в конце варки, и до 40% содержащихся в мясе липидов.

При варке мяса в воду переходят и минеральные вещества в количестве до 50% их содержания в исходном продукте; одновалентных ионов выделяется больше, чем двухвалентных и с большей валентностью.

Варка говядины сопровождается переходом в окружающую среду в среднем около 2,1% сухих веществ, из которых на долю органических веществ приходится 1,55%, а минеральных – 0,55% массы мяса. Среди органических веществ сухого остатка бульона преобладают экстрактивные вещества – около 1%, белковых веществ содержится 0,5% и эмульгированного жира – 0,01-0,014%.

При варке костей (3-6 ч) в воду переходит от 5 до 9% (массы костей) различных .веществ, среди которых преобладают азотистые (30-45%) и жир (45-65%). Основная масса (90-95%) последнего при варке костного бульона механически удаляется. Сухой остаток (2,5-4% массы костей) такого бульона на 85-90% состоит из азотистых веществ, а в нем на долю глютина приходится 65-85%.

Таким образом, зная особенности выделения растворимых веществ при варке, можно вести технологический процесс целенаправленно и получать готовый продукт желаемого качества, с определенным содержанием экстрактивных веществ.

При варке и припускании рыбы в результате перехода из нее в воду экстрактивных, минеральных веществ и белков получается бульон. Переход растворимых веществ из рыбы в бульон происходит в результате отделения денатурирующимися мышечными белками воды вместе с растворенными в ней экстрактивными и минеральными веществами, а также вследствие диффузии. Общее количество растворимых веществ, переходящих из рыбы в бульон, составляет от 1,5 до 2% ее массы, в том числе экстрактивных и минеральных веществ — до 0,3-0,5%, остальная часть растворимых веществ — белки. Белки рыбного бульона представлены глютином, альбуминами и продуктами их гидролиза. Поскольку варка и припускание рыбы – кратковременные процессы (15-20 мин), проводятся без интенсивного кипения или вообще без кипения (при 85-90°С), количество эмульгированного жира в бульоне незначительно.

Качественный состав экстрактивных веществ рыбных бульонов существенно отличается от мясных. В составе свободных аминокислот преобладают циклические (гистидин, триптофан, фенилаланин) и серосодержащие (цистин, цистеин, метионин, таурин) аминокислоты. Креатин и креатинин в значительных количествах содержатся в бульонах из пресноводных рыб.

Особенностью рыбных бульонов является содержание в них значительного количества аминов, среди которых важное место принадлежит гистамину и метиламинам. В бульонах из морских рыб аминов содержится больше, чем в бульонах из пресноводных рыб. В рыбных бульонах значительно меньше, чем в мясных, глутаминовой кислоты, пуриновых оснований, производных амидазола (дипептидов).

В процессе варки масса овощей и плодов в той или иной степени увеличивается за счет поглощения воды гидрофильными полисахаридами. Кроме того, из овощей и плодов в отвар диффундирует значительная часть растворимых веществ, содержащихся в клетках, а также растворимых продуктов деструкции крахмала, протопектина, гемицеллюлоз и экстенсина. Диффузия растворимых веществ при гидротермической обработке овощей и плодов обусловлена тем, что белки цитоплазмы, тонопласта и плазмалеммы денатурируют, вследствие чего мембраны разрушаются и растворимые вещества могут переходить из клеток в окружающую среду. Диффузии этих веществ способствует также деструкция клеточных стенок паренхимной ткани, которые становятся более проницаемыми.

Общие потери растворимых веществ при варке в воде зависят от тех же факторов, что и потери массы. При варке неочищенного картофеля они незначительны и составляют 0,2% массы сухого остатка. Из очищенных клубней в отвар переходит около 14% общего содержания сухих веществ. Особо следует отметить потери минеральных веществ, основным источником которых являются овощи. При варке в воде овощи могут терять от нескольких процентов до половины содержащихся в них минеральных веществ. В основном теряются такие элементы, как калий, натрий, магний, фосфор. Потери их составляют 20-50% первоначального содержания этих элементов в сырых овощах. Количество сахаров, переходящих из овощей и плодов в отвар, достигать 1/3 первоначального их содержания. Переходя в отвар, сахара, органические кислоты, минеральные вещества и др. сообщают ему специфические вкус и аромат и обусловливают его пищевую ценность. Поэтому отвары, получающиеся при варке очищенных клубней и корнеплодов, а также других овощей, следует непременно использовать для приготовления супов или соусов.

Лекция №12, 13

Тема «Структурно-механические свойства сырья и готовой

продукции общественного питания»

План

1. Структурно-механические свойства мясопродуктов.

2. Реологические характеристики мясных, рыбных смесей, используемых для выработки полуфабрикатов.

3. Изменения структуры и свойств мясопродуктов при их кулинарной обработке.

3. Стабилизирующие системы, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов.

Многообразие применяемого на ПОП сырья, необходимость его направленной переработки, связанной в ряде случаев с качественным изменением свойств сырья, вызывают необходимость применения разнообразных операций, форм воздействия. В связи с эти перед работниками пищевой промышленности стоят проблемы создания и освоения прогрессивных технологических процессов с применением физических методов обработки. При решении этих вопросов существенное значение имеет реология – наука о течении и деформации реальных тел.

Основные структурно-механические свойства продуктов можно классифицировать по характеру приложения к продукту внешних усилий и вызываемых ими деформациям:

– сдвиговые свойства – проявляются при воздействии касательных усилий;

– компрессионные – при воздействии нормальных усилий, например сжатии образца продукта;

– поверхностные – при сдвиге или отрыве продукта от твердой поверхности.

Среди комплекса физических свойств реологические (или структурно-механические) являются главнейшими, так как именно они часто предопределяют поведение продуктов в самых разнообразных технологических процессах и энергетических полях, являются внешним выражением внутренней сущности объектов, то есть характеризуют агрегативное состояние, дисперсность, строение, структуру и вид взаимодействия внутри продукта.

Качество мяса и мясных продуктов определяется свойствами клеточной структуры. И консистенция этих продуктов зависит от следующих факторов:

– действия внутриклеточных сил, связующих клетки друг с другом;

– механической прочности и жесткости клеточных стенок;

– набухания клеток вследствие осмотического давления внутриклеточной жидкости

На реологические свойства мясного фарша значительное влияние оказывает температура, при повышении которой снижаются все реологические свойства за счет ослабления связей в водно-белково-солевых прослойках и более интенсивного теплового движения молекул, что ведет к ослаблению прочности структуры в целом.

После убоя животных в мышечной ткани последовательно проходят три стадии:

– посмертного окоченения, которая наступает спустя 3-6 ч после убоя животного и при котором мышечная ткань плохо удерживает воду;

– разрешения посмертного окоченения (до 24 после убоя);

– созревание, при котором также происходят процессы изменения клеточных структур.

Мясной сырье при заготовке, транспортировании, хранении, переработке подвергается различным механическим воздействиям. При этом производственные процессы должны быть организованы так, чтобы обеспечить максимально высокий уровень качества готовых продуктов. Успешному решению этой задачи способствует знание реологических свойств и текстуры пищевых продуктов.

Мясное сырье и полуфабрикаты представляют собой сложные дисперсные системы, состоящие из двух и более фаз. В них дисперсионной средой является непрерывная фаза (вода), а дисперсной фазой является раздробленная фаза, состоящая из частиц, не контактирующих друг с другом. При этом фазой понимается совокупность гомогенных частиц системы, ограниченных от других физическими поверхностями раздела.

Наиболее сложными реологическими свойствами обладают высококонцентрированные дисперсные системы с пространственными структурами, представленные в виде табл. 1.

Таблица 1

Структура продукта характеризуется внутренним строением и характером взаимодействий между отдельными ее частицами, определяется химическим составом, биохимическими показателями, дисперсностью и др.

Дисперсные системы (жидкости) могут находиться в свободном состоянии – золь, когда отдельные элементы не связаны или слабо связаны друг с другом, например, молоко; и в связанном состоянии – гель (простокваша, кефир), когда частицы связаны друг с другом молекулярными силами и образуют структуру, пространственный каркас.

В зависимости от типа и энергии возникающих связей академик П.А. Ребиндер разделяет структуры на три типа.

Коагуляционные структуры образуются в системах путем взаимодействия между частицами и молекулами через прослойки дисперсионной среды за счет сил сцепления Ван-дер-Ваальса; данные структуры обладают тиксотропностью, то есть способностью к самопроизвольному восстановлению структуры после разрушений, проявляют свойства вязко-пластичных тел. При достаточно высокой доле дисперсионной среды коагуляционные системы проявляют способность к течению, обнаруживают реологические свойства, то есть при увеличении содержания воды система из твердообразной переходит в жидкообразную.

При этом силы сцепления действуют между поверхностями частиц в отдельных точках (центрах), которым соответствует наибольшая величина поверхностной энергии. Частицы в таких системах связаны между собой молекулярными силами сцепления, образуя сплошную сетку или каркас. Типичными представителями систем с коагуляционной структурой являются сырой колбасный фарш, фарш ливерных колбас и пр.

Структурно-механические свойства коагуляционной системы (прочность, упругость, пластичность, вязкость) определяются размерами и особенностями строения дисперсных частиц, величиной их сил воздействия. При обезвоживании коагуляционных структур прочность их повышается, но после определенного предела они перестают быть обратимотиксотропными. При образовании коагуляционных структур в мясных продуктах существенную роль играют поверхностно-активные вещества и растворимые в воде белки, которые выступают в качестве эмульгаторов и стабилизаторов.

Конденсационные структуры образуются из коагуляционных по мере удаления жидкой фазы, сопровождающиеся возникновением более прочных связей между частицами. Они обладают большей прочностью и после разрушения не восстанавливаются. Они скорее являются хрупкими, чем пластичными. К ним можно отнести, например, фарш вареных и сырокопченых колбас.

Кристаллизационные структуры образуются путем срастания частиц или молекул при активном участии химического взаимодействия из расплава при охлаждении и из раствора при повышении его концентрации или охлаждении. Они характеризуются наличием пространственной кристаллической решетки, прочность которой зависит от формы кристаллов. Обычно вначале образуется наименее прочная структура, с течением времени переходящая в более прочную устойчивую форму (например, структура жира).

Конденсационно-кристаллизационные структуры присущи натуральным продуктам, однако могут образовываться из коагуляционных при удалении дисперсионной среды или срастания частиц дисперсионной фазы в расплавах или растворах. Основные отличительные признаки: большая прочность по сравнению с прочностью коагуляционных структур, что обусловлено высокой прочностью контактов между частицами, отсутствие тиксотропии и необратимый характер разрушения, большая хрупкость.

Таким образом, твердообразные мясо, рыба и другие продукты по их способности к деформации могут быть отнесены либо к вязкопластичным, либо к упругоэластичным телам. В первом случае объективными характеристиками служат реологические свойства – вязкость, эффективная вязкость, а во втором – прочностные – деформация сжатия, усилие резания или усилие среза и т.д.

Для улучшения консистенции кисломолочных продуктов и повышения их стойкости в хранении часто используют стабилизирующие добавки (гидроколлоиды) растительного и животного происхождения. Комиссия по Codex Alimentarius выделяет следующие функциональные классы пищевых добавок подобного рода:

– гелеобразователи (gelling agent) – текстурируют пищу путем образования геля;

– стабилизаторы (stabilizer) – позволяют сохранить однородную смесь;

– загустители (thickener) – повышают вязкость пищевых веществ;

– поверхностно-активные вещества (ПАВ), в частности эмульгаторы и пенообразователи. В химическом отношении стабилизаторы представляют собой полисахариды или белки.

В качестве загустителей находят применение целлюлоза, желатин, пектин, метилцеллюлоза. За рубежом используют различные виды модифицированной целлюлозы: гидроксипронилцеллюлозу, гидроксипронилметилцеллюлозу, этилцеллюлозу, карбоксиметилнатрийцеллюлозу. Допустимая суточная доза (ДСД) для этих соединений составляет 30 мг на кг массы тела. Во многих странах применяют амидированный пектин, у которого часть свободных карбоксильных групп превращена в амиды (ДСД составляет 25 мг на кг массы тела).

Желатин представляет собой белковый продукт, обладает значительной пищевой ценностью и полностью усваивается организмом. Применяется как загуститель и гелеобразователь. Самое важное его функциональное свойство – образование высокоэластичного термообратимого геля.

Перспективным направлением в создании продуктов функционального назначения является использование пектинов. Пектины представляют собой группу высокомолекулярных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок и межклеточных образований практически всех фруктов и овощей. Сырьем для получения пектина являются кожура цитрусовых, яблочные и виноградные выжимки, свекловичный жом, корзинки подсолнечника, хлопковый шрот, кормовые арбузы, кожура картофеля, амарант и др. Однако лучшие пектины – из цитрусовых и яблок [73, 74]. Мировое производство пектина составляет 20-22 тыс. т в год и продолжает увеличиваться в связи с возрастающим спросом потребителей.

Пектин можно применять в качестве загустителя, стабилизатора эмульсий и суспензий, водоудерживающего и желирующего средства. Пектин, являясь поверхностно-активным веществом, обладает ярко выраженными эмульгирующими и пенообразующими свойствами.

Благодаря тому, что в основе пектина лежат молекулы полигалактуроновой кислоты, часть карбоксильных групп которой этерифицирована метанолом, а часть вторичных спиртовых групп может быть ацетилирована, он представляет собой уникальный биологически активный продукт с детоксицирующими, радиопротекторными свойствами. Кроме того, пектин способствует нормализации обмена веществ, положительно влияет на перистальтику кишечника и на неспецифический иммунитет.

Крупнейшим в мире производителем цитрусового пектина является концерн «Копенгаген пектин-фабрик», производственное объединение «Хербстрайт унд Фокс КГ» (Германия) – крупнейший в мире поставщик широкого спектра яблочных пектинов. В России пектин не производится с 1992 г.

В Воронежской технологической академии разработаны технологии структурированных продуктов на молочно-пектиновой основе без разрушения коллоидной системы молока. Изучение реологических свойств молочно-пектиновых смесей позволило определить массовые доли пектина в композиционной основе для производства соуса «Винни» и желе «Триумф», которые составили соответственно 0,4 и 0,7%.

Крахмалы традиционно применялись как загустители, в настоящее время область их применения значительно расширилась благодаря созданию модифицированных крахмалов. Модифицированные крахмалы – это крахмалы с направленно измененными свойствами, их получают путем физической, химической или комбинированной обработки. Модификация крахмалов повышает их студнеобразующую, загущающую и эмульгирующую способности, обеспечивает их использование в производстве различных пищевых продуктов, блюд и кулинарных изделий.

Производство модифицированных крахмалов осуществляется из традиционного (картофель, кукуруза) и нетрадиционного (горох, сорго, пшеница и др.) сырья путем расщепления (окисления) крахмала перманганатом калия, перикисью водорода или другими окислителями. Однако к применению в качестве стабилизаторов модифицированных крахмалов имеются ограничения. Так, среди модифицированных крахмалов, Комитет экспертов по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ рекомендовал применять только ферментно обработанные крахмалы. Отмечено, что некоторые модифицированные крахмалы (картофельный желирующий марки Б, кукурузный фосфатный) вызывают снижение пищевой ценности продукта по сравнению с натуральными. В нашей стране разрешено использование только окисленного и диальдегидного модифицированного крахмала.

Следует также отметить, что модифицированные крахмалы неидентичны по своему биологическому действию, особенно на растущий организм, поэтому Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам рекомендует исключать применение модифицированных крахмалов в продуктах детского питания.

Камеди (смолы) – гуаровая, геллановая, ксантановая – проявляют свойства эффективных загустителей и стабилизаторов. Эти вещества на 70-80% состоят из полисахаридов, относящихся к классу галактоманнанов и обладающих лечебно-профилактическими свойствами. Используются в производстве йогуртов, десертных муссов, мороженого. Входят в состав ряда стабилизационных систем фирм «Палсгаард» и «Даниско» (Дания), «Хан» (Германия) и др.

Экстракты водорослей проявляют свойства загустителей и стабилизаторов. Агар получают из водорослей Macrocystes purifera Белого моря и Тихого океана. Название этого полимера имеет малазийское происхождение и означает «желирующий продукт из водорослей». По вопросу о пищевой ценности агара в литературе имеются противоречивые сведения: по мнению японских ученых агароза не расщепляется ферментами организма, в то же время некоторые ученые отмечают, что организмом усваивается 1/3 агара. Агароид (черноморский агар) получают из водорослей филлофлоры. Студнеобразующая способность агароида в 2-3 раза ниже, чем у агара, а также более низкие температуры плавления и застудневания. К агару и агароиду по химической природе близки фурцеллеран (датский агар) и каррагинан. Последний входит в состав красных морских водорослей Rhodophyceal, его структура гетерогенна. Каррагинан не расщепляется ферментами желудочно-кишечного тракта, вследствие чего может применяться в области производства низкокалорийных продуктов.

Московским государственным университетом пищевых технологий разработаны основные направления использования белковых продуктов из пшеничных отрубей, являющихся хорошими эмульгаторами, стабилизаторами, пенообразователями, а также продуктами, прочно удерживающими жир и воду.

Перспективным направлением является использование стабилизационных систем, представляющих собой комбинации гидроколлоидов, что позволяет добиться необходимого технологического эффекта. Стабилизационные системы состоят из комплекса компонентов: эмульгатора, стабилизатора и загустителя, качественный и количественный состав которых подбирается в зависимости от назначения продукта, условий его производства, хранения и реализации. Применение стабилизационных систем в производстве дает следующие преимущества: делает возможной термообработку, защищая белок от сильной денатурации в процессе нагревания; обеспечивает необходимую вязкость и предотвращает ее нарушение, предотвращает разделение фаз, обеспечивает аэрацию и введение новых компонентов. В готовом продукте стабилизационные системы регулируют вязкость и плотность, поддерживают стабильную консистенцию в течение продолжительного хранения, улучшает сенсорные характеристики продуктов.

Бельгийскими и канадскими учеными проводятся исследования гелеобразующих свойств смесей геллана (полисахарид, продукт жизнедеятельности бактерий Sphingomonas elodea) с другими полисахаридами в целях последующей замены ими желатина при производстве продуктов питания.

Лекция №14

Тема «Изменение содержания витаминов при кулинарной

обработке продуктов. Витаминизация продуктов питания»

1. Общая характеристика и физиологическое значение витаминов.

2. Изменения витаминов в овощах и плодах.

3. Изменения витаминов в мясе и мясных продуктах

4. Витаминизация продуктов питания.

Содержащиеся в овощах и плодах витамины при тепловой кулинарной обработке в той или иной степени разрушаются.

Наиболее устойчивы к действию повышенных температур каротины. Витамины группы В частично переходят в отвар, частично разрушаются. В наибольшей степени разрушается витамин B₆: при варке шпината содержание его в продукте уменьшается на 40%, белокочанной капусты – на 36, моркови – на 22, при варке и жарке картофеля – на 27-28%. Несколько меньше при варке теряется тиамина (В₁) и рибофлавина (В₂) – около 20%; примерно 2/3 сохранившихся в овощах витаминов этой группы переходят в отвар.

Витамин С хорошо растворим в воде и очень неустойчив при тепловой обработке. В овощах и фруктах содержится в трех формах: связанной, восстановленной (аскорбиновая кислота) и окисленной (дегидроаскорбиновая кислота). Восстановленная форма витамина С является более устойчивой, а дегидроаскорбиновая чрезвычайно неустойчива и очень быстро разрушается. Поэтому при тепловой кулинарной обработке стремятся ее быстрее инактивировать, для чего овощи погружают в кипящую воду.

Витамин С в начале тепловой обработки овощей и плодов окисляется под действием кислорода воздуха при участии окислительных ферментов. В результате этого часть аскорбиновой кислоты превращается в дегидроаскорбиновую. При дальнейшем повышении температуры происходит термическая деградация обеих форм витамина С.

Степень разрушения витамина С при тепловой кулинарной обработке овощей и плодов зависит от многих факторов – свойств обрабатываемого полуфабриката, скорости прогрева продукта, длительности обработки, контакта с кислородом воздуха, состава и рН среды и др.

Так, при варке в воде степень разрушения витамина С в картофеле может колебаться в значительных пределах в зависимости от его содержания и соотношения восстановленной и окисленной форм аскорбиновой кислоты. Например, при варке в осенний период неочищенного картофеля степень разрушения витамина С в нем не превышает 10%, весной достигает 25%. В очищенном картофеле осенью разрушается 15-35% витамина С, весной – более половины. Таким образом, чем выше содержание витамина С и меньше дегидроаскорбиновой кислоты в овощах, тем меньше он разрушается.

Чем быстрее нагреваются овощи и плоды при варке, тем меньше разрушается аскорбиновой кислоты. Например, при варке картофеля с погружением его в холодную воду разрушается 35% витамина С, в горячую воду – всего лишь 7%. При ускорении нагрева овощей инактивируются ферменты, переводящие аскорбиновую кислоту в дегидроформу, вследствие чего витамин С лучше сохраняется.

Сохраняемость витамина С находится в обратной зависимости от продолжительности воздействия высоких температур на продукт. Тепловая кулинарная обработка овощей и плодов в течение более длительного времени, чем это требуется для доведения их, до готовности, может привести к излишней потере витамина С. Присутствие кислорода способствует окислению витамина С и дальнейшему его разрушению. Различные вещества, содержащиеся в варочной среде, могут ускорять разрушение аскорбиновой кислоты или способствовать ее сохранению. Ионы меди, железа, марганца, содержащиеся в водопроводной воде или попадающие в варочную среду со стенок посуды, оборудования, катализируют разрушение витамина С. При этом наибольшим каталитическим действием обладают ионы меди. Железо и марганец в значительно меньшей степени способствуют разрушению витамина С, хотя железо может усиливать каталитическое действие меди. Поэтому необходимо использовать посуду и инструменты из нержавеющей стали.

Некоторые вещества, содержащиеся в пищевых продуктах, обладают защитным действием по отношению к витамину С. Степень разрушения аскорбиновой кислоты в овощах при тепловой обработке всегда меньше, чем при нагревании ее растворов той же к концентрации. Считают, что аминокислоты, крахмал, витамины (А, Е, тиамин), пигменты (антоцианы, флавоны, каротиноиды) и другие вещества в той или иной степени предохраняют витамин С от разрушения. Фермент аскорбинредуктаза переводит неустойчивую окисленную форму витамина С в более устойчивую – восстановленную. При тепловой обработке ее необходимо активизировать продуктами, содержащими глютатион – трипептид, состоящий из остатков аминокислот (цистина, глутаминовой и аминоуксусной кислот), содержащийся в мясных, рыбных бульонах, желтках, муке, поэтому именно эти вещества являются стабилизаторами витамина С. Например, при варке картофеля в мясном бульоне, содержащем аминокислоты, витамин С практически полностью сохраняется, в то время как при варке в воде потеря его составляет около 30%.

Разрушение аскорбиновой кислоты происходит и при длительном хранении вареных овощей как в горячем состоянии, так и при комнатной температуре, либо в холодильном шкафу. За 3 ч хранения вареных овощей в остывшем состоянии может разрушиться до 20-30% витамина С, а после суточного хранения в овощах остается только около половины первоначального содержания его в вареных овощах.

Общие потери витамина С в овощах и плодах зависят от способа тепловой кулинарной обработки. Наибольшие потери наблюдаются при варке в воде. Варка на пару способствует сохранению витамина С. Так, при варке целых очищенных клубней картофеля в воде потери витамина С составляют 49%, при варке на пару — 38%. При припускании овощей витамин С разрушается несколько больше, чем при варке, так как в этом случае продукт находится в паровоздушной среде. Например, при варке белокочанной капусты общие потери витамина С составили 60%, при припускании – 66%, так как в этом случае продукт частично находится в паро-воздушной среде, содержащей кислород.

При обработке овощей в СВЧ-аппаратах сохраняемость витамина С увеличивается на 20-25% по сравнению с варкой и припусканием, что объясняется относительно быстрым прогревом овощей и сокращением сроков тепловой обработки.

В процессе жарки овощей витамин С разрушается в меньшей степени, чем при гидротермической обработке, так как жир, обволакивая кусочки овощей, предохраняет их от соприкосновения с кислородом воздуха.

При изготовлении изделий из овощной котлетной массы (котлеты, зразы, крокеты, запеканки), когда тепловое воздействие чередуется с механической обработкой, потери витамина С достигают 90% и более.

Таким образом, с целью обеспечения сохранности витамина С необходимо соблюдать следующие принципы:

– обеспечивать быстрый прогрев овощей в процессе тепловой обработки;

– варить овощи в воде при умеренном кипении и не допускать выкипания жидкости;

– не превышать сроков тепловой обработки, предусмотренных для доведения овощей до готовности;

– использовать отвары от очищенных овощей для приготовления супов и соусов;

– не допускать длительного хранения готовых изделий из овощей.

Здоровое питание населения – одно из важнейших условий здоровья нации. Массовые обследования, проведенные Институтом питания РАМН, свидетельствуют о дефиците витаминов у большей части населения России. Наиболее эффективный способ витаминной профилактики – обогащение витаминами продуктов массового потребления.

Витаминизация (иногда одновременно с минеральными элементами) позволяет повысить качество пищевых продуктов, сократить расходы на медицину, обеспечить социально незащищенные слои населения витаминами, восполнить их потери в ходе технологического потока приготовления пищи. При этом решаются следующие вопросы:

– выбор подходящего продукта для витаминизации;

– определение уровня витаминизации;

– разработка системы контроля.

Основными продуктами питания для обогащения являются:

– мука и хлебобулочные изделия – витамины группы В;

– продукты детского питания – все витамины;

– напитки, в том числе сухие концентраты – все витамины, кроме А, Д;

– молочные продукты – витамины А, Д, Е, С;

– маргарин, майонез – витамины А, Е, Д;

– фруктовые соки – все витамины, кроме А, Д.

Лекция № 15

Тема «Изменение содержания минеральных веществ при

кулинарной обработке продуктов»

План

1. Минеральные вещества: физиологическое значение и содержание в пищевых продуктах.

2. Изменения содержания минеральных веществ при механической и тепловой кулинарной обработке продуктов.

1. Минеральные вещества: физиологическое значение и содержание в пищевых продуктах

Роль минеральных веществ в организме человека весьма разнообразна. Несмотря на то, что они не являются обязательным компонентом питания. Они содержатся в протоплазме и биологических жидкостях, играют основную роль в обеспечении постоянства осмотического давления, что является необходимым условием обеспечения жизнедеятельности клеток и тканей. Минеральные вещества входят в состав сложных органических соединений, например, гемоглобина, гормонов, ферментов, являются пластическим материалом для построения костной, зубной тканей.

В зависимости от их количества в организме человека и пищевых продуктах они подразделяются на макро-и микроэлементы. Если массовая доля элемента в организме превышает 10^-2%, то он является макроэлементом (натрий, калий, сера, фосфор, хлор и т.д.), доля микроэлемента составляет 10^-3 – 10^-5%. Если содержание микроэлемента ниже 10^-5%, то его следует считать ультрамикроэлементом. Микроэлементы, кроме того, делят на две группы:

– абсолютно или жизненно необходимые (кобальт, железо, медь, йод, цинк, марганец и др.); – вероятно необходимые (алюминий, стронций, селен, никель, ванадий и др.).

К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций, железо, к избыточным – натрий и фосфор.

Необходимым условием обеспечения здоровья организма является адекватное поступление минеральных веществ, принадлежащих к числу незаменимых пищевых факторов.

Кальций существенно влияет на обмен веществ и формирование костной ткани. Его соли являются постоянной составной частью крови, клеточных и тканевых соков; входят в состав клеточного ядра; им принадлежит важная роль в процессах роста и деятельности клеток. Соединения кальция укрепляют защитные силы организма и повышают его устойчивость к внешним неблагоприятным факторам. Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Усвояемость кальция зависит от содержания в пище фосфора и магния. Так, оптимальное соотношение кальция и фосфора должно быть 1:1,5, а рекомендуемое соотношение кальция и магния – 1:0,7.

Фосфор является биологическим спутником кальция. Его роль в обменных процессах организма определяется соединениями, в состав которых он входит. Неорганический фосфор выполняет структурные функции. Фосфат является компонентом буферной системы крови, других биологических жидкостей, обеспечивает поддержание кислотно-щелочного равновесия.

Магний в качестве кофактора принимает участие в ряде важнейших ферментативных процессов, в частности в обмене фосфора, способствуя снижению давления крови.

Железо играет очень важную роль в процессах кроветворения, участвует в образовании гемоглобина и эритроцитов, обеспечивает активность негемовых ферментов – альдолазы, триптофаноксигеназы и т. д. Железо участвует в окислительно-восстановительных процессах. Недостаток железа или скрытый его дефицит чаще всего развивается в период повышенной потребности в нем, что характерно для детей раннего и младшего возраста. По данным Минздрава России за 2000 г. железодефицитные состояния (анемии) в возрасте от рождения до 14 лет встречаются примерно у 2% детей, среди взрослых – у 0,5%. Возникновение дефицита железа является результатом несоответствия между потребностью в нем организма и поступлением с пищей, а также зависит от биодоступности и потерь этого микроэлемента.

Биологическая роль йода связана с его участием в образовании гормонов щитовидной железы – трийодтиронина и тироксина. Это единственный из известных в настоящее время микроэлементов, участвующих в биосинтезе гормонов. Установлено взаимодействие йода и с другими железами внутренней секреции. Йод также оказывает выраженное влияние на обмен белков, жиров, углеводов, водно-солевое равновесие. Молекулярный механизм участия йода в обмене веществ связан с процессами биологического окисления и окислительного фосфорилирования.

Исследования последних лет свидетельствуют о высокой чувствительности детского организма к недостаточному обеспечению его йодом, которая проявляется отклонениями в физическом развитии, неврологических дисфункциях, повышенном уровне патологии щитовидной железы, общей заболеваемости.

Известно, что большая часть территории Российской Федерации характеризуется дефицитом важнейшего микроэлемента – йода. Результаты обследования населения в ряде регионов (Московская, Тамбовская, Ярославская, Воронежская, Орловская, Брянская, Калужская, Тюменская, Ивановская, Новосибирская области) показали, что более 30% детей и подростков поражены эндемическим зобом.

Согласно статистическим данным Главного управления здравоохранения (форма №63) только за 2002 г. в г. Омске и районах области зарегистрировано 42671 человек с заболеваниями, связанными с йодной недостаточностью (эндемический зоб, многоузловой эндемический зоб, субклинический гипотериоз и др. формы гипотериоза, тиреотоксикоз, тиреоидит), причем в наибольшей степени от дефицита йода страдает детское население всех возрастных групп.

На сегодняшний день установлена биологическая роль селена, и он признан незаменимым микроэлементом. Селен оказывает антиоксидантное влияние на перекисное окисление липидов, реализуемое ферментным путем. Установлена связь между селеном и витамином Е, которая объясняется их взаимодействием на разных этапах образования органических перекисей. Селен обладает способностью в отдельных случаях замещать функции витамина Е, но действие селена специфично отличается от действия витамина. Селен выполняет каталитическую, структурную и регуляторную функции, взаимодействует с витаминами, ферментами и биологическими мембранами, участвует в окислительно-восстановительных процессах, в обмене белков, жиров и углеводов. Его недостаток в раннем детском возрасте приводит к тяжелым заболеваниям – кардиомиопатии и остеоартропатии. Кроме того, селен стимулирует образование антител и тем самым повышает защиту организма от инфекционных и простудных заболеваний.

Медь принимает активное участие в процессах кроветворения, способствуя образованию гемоглобина. Кроме того, хорошо известна важная роль меди в метаболизме соединительной ткани. Проведенные экспериментальные исследования позволяют заключить, что недостаток меди может явиться одной из причин нарушения роста и остеогенеза в растущем организме. Нарушения костеобразования при недостатке меди связаны с торможением активности энзиматических систем и белкового обмена в хондро — и остеобластах.

Таким образом, результаты регулярных массовых обследований, проводимых Институтом питания РАМН, другими медицинскими организациями, свидетельствуют о крайне недостаточном потреблении витаминов, ряда минеральных веществ у большей части детского и взрослого населения России. Обследования детей дошкольного возраста, проведенные в Москве, Оренбурге, Петропавловске-Камчатском и др., выявили дефицит витаминов С, А, В₁, В₂, В₆, фолиевой кислоты, каротина у 20-50% обследованных детей. Кроме того, у значительной части детей поливитаминный дефицит сочетается с недостатком железа, вызывая распространение скрытых и явных форм витамино-железодефицитной анемии, а также с недостаточным поступлением йода, селена, кальция, фтора и ряда других макро- и микроэлементов.

Таким образом, недостаток или избыток в питании того или иного минерального вещества приводит к к нарушению обмена веществ, белков, жиров, углеводов, приводит к развитию ряда заболеваний.

При тепловой кулинарной обработке овощей и плодов в некоторых случаях изменяется их цвет, что связано с изменением пигментов, содержащихся в овощах и плодах, или образованием новых красящих веществ.

Зеленый цвет овощей (щавель, шпинат, зеленый горошек, стручки бобовых) и некоторых плодов (крыжовник, виноград, слива и др.) обусловлен присутствием в них пигмента хлорофилла. По химической природе хлорофилл представляет собой сложный эфир двухосновной кислоты и двух спиртов: метилового и фитола.

Зеленые овощи при варке и припускании буреют. Происходит это вследствие взаимодействия хлорофилла с органическими кислотами или кислыми солями этих кислот, содержащимися в клеточном соке овощей, с образованием нового вещества бурого цвета, которое называется феофитином:

В сырых продуктах эта реакция не происходит, так как хлорофилл отделен от органических кислот, содержащихся в вакуолях, тонопластом. Кроме того, хлорофилл, находящийся в комплексе с белком и липидами (в хлоропластах), защищен этими веществами от внешних воздействий. Эта реакция в сырых овощах наблюдается лишь при нарушении целости клеток паренхимной ткани; обычно в местах повреждения овощей появляются бурые пятна.

При тепловой кулинарной обработке овощей и плодов белок, связанный с хлорофиллом, в результате денатурации отщепляется, мембраны пластид и тонопласт разрушаются, вследствие чего органические кислоты получают возможность взаимодействовать с хлорофиллом.

Степень изменения зеленой окраски овощей и плодов зависит от продолжительности тепловой обработки и концентрации органических кислот в продукте и варочной среде. Чем дольше варятся зеленые овощи, тем больше образуется феофитина и тем заметнее их побурение. Окраска овощей с повышенным содержанием органических кислот (например, щавель) изменяется значительно.

Поэтому для сохранения цвета зеленые овощи рекомендуется варить в большом количестве воды при открытой крышке и интенсивном кипении строго определенное время, необходимое для доведения их до готовности. В этих условиях часть летучих кислот удаляется с парами воды, концентрация органических кислот в продуктах и варочной среде снижается, образование феофитина замедляется.

Цвет зеленых овощей лучше сохраняется при варке в жесткой воде: содержащиеся в ней кальциевые и магниевые соли нейтрализуют некоторую часть органических кислот и кислых солей клеточного сока.

Зеленые овощи и плоды хорошо сохраняют окраску при добавлении в варочную среду пищевой соды, так как она нейтрализует органические кислоты. При этом овощи не только сохраняют окраску, но и приобретают более интенсивный зеленый цвет. Последнее объясняется тем, что в присутствии щелочи хлорофилл как сложный эфир подвергается омылению с образованием натриевой соли двухосновной кислоты, метилового спирта и фитола. Образующаяся натриевая соль двухосновной кислоты называется хлорофиллином и имеет яркую зеленую окраску:

При варке и припускании зеленые овощи и плоды, кроме бурой окраски, могут приобретать и другие оттенки, обусловленные изменением уже образовавшегося феофитина под действием ионов некоторых металлов. Например, если в варочной среде присутствуют ионы Fe, овощи могут приобретать коричневую окраску, если ионы Sn и Аl – сероватую, ионы Сu – ярко-зеленую окраску.

Однако применять пищевую соду или соли меди для сохранения цвета зеленых овощей или плодов не разрешается, так как присутствие этих веществ в варочной среде способствует разрушению витамина С.

Окраской

Окраска ягод клюквы, смородины, малины, черники, некоторых плодов (шиповника, вишни, темноокрашенных сортов черешни и сливы), а такжекожицы отдельных сортов яблок, груш, винограда обусловлены присутствующими в них пигментами антоцианами, а окраска свеклы пигментами беталаинами, не относящимися по химической природе к группе антоцианов. Антоцианы представляют собой полифенольные соединения из группы флавоноидов. Это моно- и дигликозиды, распадающиеся при гидролизе на сахар и агликоны антоцианидины.

Антоцианы окрашены в красный, фиолетовый или синий цвет, что зависит от присутствия в них того или иного антоцианидина. Различают несколько антоцианидинов – пеларгонидин, цианидин, пеонидин, дельфинидин, петунидин и мальвидин. Различные антоцианы в сочетании с другими пигментами, находящимися в плодах и ягодах, обусловливают те или иные оттенки их окраски. Кроме того, окраска антоцианов зависит от рН среды: в кислой среде они красные, в нейтральной – фиолетовые, в щелочной – синие.

При механической кулинарной обработке ягод и плодов антоцианы могут подвергаться окислительной деградации и вступать в реакции с металлами, в результате чего окраска продуктов изменяется. Например, при изготовлении киселей, желе, муссов из ягод и плодов обычно отжимают сок и некоторое время хранят его, что вызывает ослабление интенсивности его окраски, так как антоцианы способны разрушаться под действием света и окисления кислородом воздуха. Кроме того, чем ниже рН, тем лучше сохраняется окраска, наименьшие изменения окраски наблюдаются при рН 2. Поэтому с целью сохранения окраски сока при хранении целесообразно добавлять в него полагающуюся по рецептуре лимонную кислоту.

Ионы железа и меди могут катализировать процесс окисления антоцианов, что вызывает ослабление окраски соков. Помимо этого, антоцианы могут вступать в реакции с металлами и приобретать окраску, отличающуюся от первоначальной. Например, с солями трехвалентного железа антоцианы образуют голубые (синие) комплексы, с солями олова – фиолетовые.

При варке ягод и плодов происходит заметное изменение их окраски. При нагревании их до 50°С активизируются окислительные ферменты, вызывающие разрушение антоцианов; дальнейшее повышение температуры приводит к термической деградации последних. Считают, что стабилизация окраски ягод и плодов происходит при температуре 70°С, когда ферменты инактивированы, а термическая деградация антоцианов практически не происходит.

Поэтому ягоды, а также вишню, черешню при изготовлении компотов не варят, а заливают охлажденным сиропом, что способствует сохранению их окраски. А при изготовлении киселей, желе, муссов проваривают только мезгу, оставшуюся после отжимания сока; сок добавляют перед окончанием варки. Это также способствует сохранению окраски плодов и ягод.

Такие плоды, как кизил, слива, алыча, для приготовления киселей сначала варят, а затем протирают. В этом случае наблюдается значительное изменение окраски плодов. Подкисление варочной среды способствует сохранению их окраски.

Беталаины свеклы подразделяют на две группы пигментов – красные (бетацианины) и желтые (бетаксантины). Красных пигментов в свекле больше, чем желтых, содержание их может достигать 95% общего содержания беталаинов.

Бетацианины представлены в основном бетанином (75-95% общего содержания красных пигментов), а также бетанидином, пробетанином и их изомерами; бетаксантины – вульгаксантином I (95% общего содержания желтых пигментов) и вульгаксантином II.

Изменение окраски свеклы в процессе тепловой кулинарной обработки обусловлено в основном изменением бетанина, представляющего собой моногликозид, агликоном которого является бетанидин или изобетанидин.

При тепловой кулинарной обработке свеклы бетанин в той или иной степени разрушается, вследствие чего красно-фиолетовая окраска свеклы становится менее интенсивной, а также может приобретать буроватый оттенок. При охлаждении и последующем хранении готовой свеклы окраска ее частично восстанавливается вследствие регенерации бетанина. Такое явление наблюдается при хранении полуфабрикатов из свеклы в виде отварных целых очищенных или нарезанных корнеплодов.

Степень разрушения бетанина при тепловой кулинарной обработке свеклы достаточно высока. Так, в очищенных корнеплодах свеклы, сваренных в воде, находят лишь около 35% содержащегося в полуфабрикате бетанина, в отваре – 12-13%. Таким образом, можно считать, что более половины содержащегося в свекле бетанина подвергается термической деградации.

Варка свеклы на пару несколько снижает потери бетанина по сравнению с варкой в воде. Однако степень термической деградации пигмента в целой очищенной свекле и в этом случае остается достаточно высокой – 46%. При варке на пару свеклы, нарезанной кубиками, степень разрушения пигмента может достигать 54%.

Степень разрушения бетанина зависит от многих факторов:

– температуры нагревания,

– концентрации пигмента,

– рН среды,

– контакта с кислородом воздуха,

– присутствия в варочной среде ионов металлов и др.

Чем выше температура нагревания, тем быстрее разрушается пигмент. Чем выше концентрация бетанина, тем лучше он сохраняется. Этим объясняется рекомендация варить или запекать свеклу в кожице. В последнем случае ослабления окраски свеклы практически не происходит.

В кулинарной практике при припускании свеклы добавляют уксусную кислоту для сохранения окраски свеклы. Подкисление варочной среды не исключает разрушения пигментов, но сохранившийся красный пигмент в этих условиях приобретает более яркую (красную) окраску. Объясняется это тем, что окраска агликона бетанидина зависит от рН среды. В очень кислых средах (рН меньше 2) он имеет фиолетовую окраску, в растворах с более высокими рН – красную.

Побурение окраски свеклы в процессе тепловой кулинарной обработки в настоящее время связывают с образованием из бетанина веществ, окрашенных в желто-коричневый цвет. Беталамиковая кислота может давать окрашенные соединения типа меланоидинов. Желтый пигмент (вульгаксантин I), который, как считали до последнего времени, вызывал побурение свеклы, при нагревании разрушается значительно быстрее красного пигмента.

Картофель, капуста белокочанная, лук репчатый, яблоки, груши и др. овощи и плоды с белой окраской в процессе тепловой обработки приобретают желтоватый оттенок, а в некоторых случаях происходит их потемнение. Пожелтение связывают с изменением содержащихся в плодах и овощах таких полифенольных соединений, как флавоновые глиикозиды, несахарным компонентом (агликоном). Флавоновые гликозиды бесцветны.

При тепловой обработке овощей и плодов происходит гидролиз этих гликозидов с отщеплением агликона, имеющего свободном состоянии желтый цвет.

Потемнение овощей и плодов может быть вызвано в основном двумя причинами – образованием темноокрашенных продуктов в результате превращений полифенольных соединений и образованием меланоидинов.

На степень потемнения овощей и плодов оказывает влияние содержание в них тех или иных полифенолов. Установлено, что накопление хлорогеновой кислоты в клубнях при хранении увеличивает степень их потемнения при варке. По-видимому, этим объясняется заметное потемнение картофеля при варке в весенний период.

Мякоть клубней картофеля, содержащего большое количество аминокислот и редуцирующих сахаров, темнеет при варке в большей степени, чем мякоть клубней с меньшим содержанием этих веществ.

От содержания и характера превращений полифенолов, интенсивности реакций меланоидинообразования зависит не только окраска вареных плодов и овощей, но также их вкус и аромат. Потемневшие овощи (плоды) обладают неприятными привкусом и запахом.

Потемнение в результате изменения полифенолов и реакций меланоидинообразования происходит в овощах и плодах с любой окраской. Однако при потемнении овощей и плодов с белой окраской, особенно картофеля, заметно ухудшаются их органолептические показатели. Кроме того, при изготовлении блюд и гарниров из вареного картофеля потемневшие части клубней приходится удалять, что ведет к увеличению отходов.

При жарке и запекании картофеля, капусты, лука репчатого, кабачков и других овощей этой группы, а также при запекании яблок изменение цвета мякоти внутри овощей и плодов обусловливается теми же причинами, что и при гидротермической обработке.

Желто-коричневая окраска поверхности кусочков жареных овощей, а также окраска корочки, образующейся при запекании овощей и яблок, обусловлена прежде всего реакциями меланоидинообразования. Если внутри обжариваемых кусочков или запекаемых продуктов эти реакции вследствие относительно невысокой температуры (85-98°С) протекают медленно, то на поверхности их, имеющей температуру 140-170°С, скорость реакций резко возрастает. Кроме того, при жарке овощей поверхностный слой кусочков обезвоживается за счет бурного испарения влаги от соприкосновения с горячим жиром. При запекании также происходит обезвоживание поверхностного слоя продуктов вследствие соприкосновения с горячим воздухом в рабочей камере жарочного шкафа. По мере испарения влаги концентрация редуцирующих сахаров и аминокислот (или других веществ, содержащих аминогруппу) в поверхностных слоях продукта увеличивается. Это еще более ускоряет реакции меланоидинообразования.

Наряду с реакциями меланоидинообразования сахара в поверхностном слое подвергаются карамелизации, так как концентрация их в этом слое по мере обезвоживания значительно возрастает. Особенно это заметно при запекании яблок с сахаром. При жарке картофеля, картофельных котлет, зраз и крокетов, при изготовлении картофельных запеканок, рулетов, пирожков и ватрушек окраска поверхностного слоя обусловливается также образованием желто-коричневых декстринов в результате термической деструкции крахмала.

Таким образом, меланоидины, продукты карамелизации сахаров и деструкции крахмала, а также жиры обусловливают не только окраску жареных и запеченных овощей, но также их вкус и аромат.

Лекция 17

Тема «Изменения цвета мяса и мясных продуктов при

кулинарной обработке»

План

1. Химизм изменения цвета мяса при тепловой кулинарной обработке.

Обработке

Изменение его цвета мяса от красного до серо-коричневого является показателем его кулинарной готовности и обусловлено окислительными превращениями гемопротеинов миоглобина и гемоглобина.

Основным красящим веществом мяса является миоглобин, на долю которого приходится до 90% пигментов говядины. На цвет мяса и мясопродуктов влияетгемоглобин красных кровяных клеток, количество которого в хорошо обескровленном мясе невелико. Миоглобин и гемоглобин это сложные белки, состоящие из белка глобина и красящего вещества гема. Различие между этими белками состоит в том, что в молекуле миоглобина содержится одна гемовая группа, а в молекуле гемоглобина – четыре. В состав гема входит двухвалентное железо. Значительные различия в окраске мяса и мясопродуктов обусловлены концентрацией в них миоглобина, количеством связанного им кислорода и зарядом иона железа, входящего в гемовую группу.

Мясо разных видов животных содержит неодинаковое количестство миоглобина. Кроме того, содержание миоглобина повышается с увеличением возраста животных: в мясе молодых живей его в 2-8 раз меньше. В говядине содержание миоглобина составляет 200-600 мг%, баранине – 400-700, свинине – 130-400 конине – 710 мг%.

Наблюдаются существенные различия в содержании миоглобина в мышцах, что связано с их функциональными особенностями. Миоглобин легко соединяется с кислородом, сероводородом, углекислым газом, аммиаком, при этом железо гема не окисляется. При хранении на воздухе миоглобин поверхностных слоев быстро окисляется до окиси миоглобина, имеющей ярко-красную окраску. Окисление миоглобина до коричневого метмиоглобина ускоряется нагреванием, вызывающим денатурацию миоглобина.

В результате нагревания в миоглобине нарушается связь между белком и гемом. Железо гема окисляется в трехвалентное, и миоглобин превращается в метмиоглобин, окрашенный в коричневый цвет. По мере нагревания мяса его окраска изменяется по-разному. Так, при температуре 60°С говядина имеет внутри ярко красную окраску, 70°С – розовую, 70-80°С и выше – серовато- коричневую. Интенсивность коричневой окраски кулинарно готового мяса зависит от исходного содержания в нем миоглобина. Mясо с низким содержанием миоглобина имеет более светлую окраску, чем мясо, в котором содержится много миоглобина.

Кроме того, образованию коричневой окраски вареного мяса способствует также изменения углеводов и продукты реакции меланоидинообразования.

Меланоидинообразование особенно характерны для свинины, в которой в процессе автолиза образуется значительное количество редуцирующих сахаров, обусловливающих побурение свинины, содержащей мало миоглобина. Изменения, способствующие покоричневению мяса, наиболее интенсивно протекают в поверхностном слое мяса при его жарке.

На цвет мяса влияет реакция среды. В кислой среде метмиоглобин имеет коричневую окраску, а в щелочной – красную. Естественная окраска мяса с высоким конечным значением рН (6,8-7,0) изменяется в меньшей степени по сравнению с цветом мяса, имеющего нормальное значение рН (5,6-6,0).

Сохранение красноватой окраски подвергнутого тепловой обработке мяса в кулинарной практике считается нежелательным, хотя такое явление не всегда является показателем его плохого качества. Нежелательный красный цвет вареного мяса может быть следствием использования несвежего мяса, в котором возможно накопление аммиака, вступающего в реакцию с миоглобином и стабилизирующего его красную окраску.

Лекция №18

Тема «Образование новых вкусовых и ароматических веществ при кулинарной обработке продуктов»

План

1. Вкусовые и ароматические вещества, формирующие аромат и вкус готового кулинарного изделия.

2. Формирование вкуса и аромата мяса и мясных продуктов, подвергнутых тепловой кулинарной обработке.

3. Ароматические вещества пряностей и приправ.

Вкус и аромат готовых кулинарных изделий обусловлены присутствием разнообразных веществ, как содержащихся в продуктах, так и образующихся в процессе их тепловой обработки.

Следует отметить, что при дегустации всех пищевых продуктов при помощи органа вкуса можно различать только четыре основных вкуса: сладкий, соленый, кислый, горький, а также смесь их. Но в процессе опробования продуктов, особенно с острыми приправами, участвуют рецепторы всех органов чувств, т. е. вкуса, обоняния, осязания и даже болевых ощущений.

Исследователи, занимающиеся органолептическим анализом пищевых продуктов, предлагают слово «вкус» заменить более широким по значению – «вкусность». Однако этот термин не получил широкого распространения.

Например, по Далю вкусность – свойство, качество вкусного. В английском языке слово «flavour» означает суммарное восприятие вкуса и аромата, a «taste» имеет более широкий смысл. От этого слова образован «taster» – дегустатор.

В образовании вкуса кулинарной продукции участвуют многочисленные вещества, к которым относятся:

– в луке: аллилпропилдисульфид,

– в чесноке: диаллилсульфид,

– в клубнике: метилфенилглицидат,

– в ананасе: аллилфеноксиацетат.

При кулинарной обработке продуктов под воздействием температуры пищевые вещества подвергаются сложным химическим превращениям.

В настоящее время в пищевых продуктах идентифицировано свыше 2500 соединений, участвующих в формировании аромата: кислоты, спирты, сложные эфиры, серосодержащие соединения, амины, альдегиды, кетоны, лактоны, фенолы, углеводороды и др.

Физико-химические превращения, влияющие на вкус и аромат готового изделия:

– инверсия сахарозы, например, в формировании вкуса сладкого принимает участие не только сахар, добавленный в изделие по рецептуре, но и продукты инверсии, обладающие большей сладостью (варка киселей, варенья, запекание яблок, тушение свеклы с уксусом и др.).

– кислотный гидролиз крахмала происходит частично при нагревании крахмалосодержащих продуктов в присутствии кислот с образованием мальтозы (например, варка соусов с добавлением кислот). Мальтоза образуется и при ферментативном гидролизе крахмала (брожение дрожжевого теста, варка картофеля).

– карамелизация сахаров существенно изменяет вкус продукции (от сладкого до горьковатого).

– реакция меланоидинообразования (Майара) имеет большое значение в формировании вкуса и аромата термически обработанных продуктов. При взаимодействии редуцирующих сахаров с аммиаком, аминокислотами и белками, содержащими диаминомонокарбоновые кислоты, образуются промежуточные продукты, в том числе различные альдегиды. При варке пищевых продуктов выделяются летучие вещества, среди которых всегда присутствуют формальдегид, ацетальдегид и альдегиды, образующие при окислении нелетучие кислоты. В сырых продуктах в свободном состоянии они не содержатся.

– окисление жирных кислот, образующиеся продукты окисления жирных кислот при нагреве до высоких температур также участвуют в образовании запаха. Причем вещества, образующиеся при нагревании жиров, являются основными компонентами летучей фракции. Исследования летучих фракций ароматических веществ, образующихся при нагревании бараньего жира и обезжиренного бараньего мяса, показали, что специфический запах баранины обусловлен в первую очередь изменениями, происходящими в бараньем жире. Аромат усиливается при нагревании жира в присутствии воды. Среди летучих соединений бараньего жира свободных жир-ных кислот не обнаружено.

– деструкция белков вследствие длительного температурного воздействия, при которой образующиеся продукты участвуют в формировании вкуса и аромата кулинарной продукции. Так, наблюдается отщепление сероводорода при нагревании белков, в состав которых входят серосодержащие аминокислоты, а также образование других сернистых соединений – меркаптанов (при тепловой обработке мяса, яиц, картофеля, капусты, брюквы) и дисульфидов (при варке капусты, картофеля, брюквы). Типичный аромат молока обусловлен наличием диметилсульфида.

– расщепление фосфатидов и фосфопротеидов при термической обработке продуктов с образованием фосфористого водорода (фосфина), при нагревании мяса, яиц, молока, картофеля, капусты.

Таким образом, как серосодержащие, так и фосфорсодержащие соединения принимают участие в образовании запахов. Кроме того, экстрактивные вещества некоторых продуктов в неизмененном или измененном вследствие тепловой обработки виде участвуют в образовании запаха и вкуса мясного бульона, вареного мяса и других продуктов.

При жарке интенсивность запаха и вкуса продуктов активизируется высокими температурами. При температурах выше 100°С протекают не только перечисленные выше процессы, но и образуются продукты пиролиза белков и углеводов, также обусловливающие вкус и запах жареных продуктов.

Вкус и аромат изделий из дрожжевого теста образуются в результате комплекса процессов, происходящих при брожении теста и выпечке изделий из него.

Идентификация хроматограмм пищевых продуктов и знание процессов, приводящих к образованию вкуса и аромата последних, позволили подобрать такие смеси веществ, которые при нагревании имитируют некоторые запахи. Например, для получения запаха куриного бульона составляют смесь из цистеина, аланина, глутаминовой кислоты, глицина, глюкозы, арабинозы, метилового эфира арахидоновой кислоты и воды. В этой смеси есть все исходные компоненты, необходимые для перечисленных выше реакций.

Таким образом, изучение вкусовых и ароматических композиций традиционных пищевых продуктов и кулинарной продукции с помощью современных методов исследования позволило создать искусственные продукты питания, например: искусственную зернистую икру, крупы, макаронные изделия, жареный картофель, мясопродукты, имитирующие изделия из рубленого мяса. Эти продукты получены на основе белков, которые практически лишены запаха и вкуса, других веществ природного происхождения и вкусовых и ароматических добавок.

Познание сущности процессов ароматообразования позволяет вести целенаправленно технологическую обработку продуктов и придавать или усиливать желаемые вкусовые качества.

В результате тепловой обработке мяса и мясопродуктов образуются новые, не содержащиеся в сыром мясе вещества, обусловливающие вкус и аромат готового мяса. В образовании запаха и вкуса мяса участвуют вещества, относящиеся к различным классам органических соединений, основными из которых являются карбонильные соединения, спирты, органические кислоты, амины, фенолы, эфиры. Количество этих веществ в мясе невелико. Аромат и вкус мяса образуются в результате смешения множества летучих и нелетучих веществ, каждое из которых может и не иметь типичных мясных вкуса и аромата.

В формировании вкуса и аромата вареного мяса решающую роль играют экстрактивные вещества, некоторые из которых имеют определенный вкус. Кроме того, они очень реакционноспособны, а потому вступают в различные реакции, в результате которых образуются различные вкусовые и ароматические вещества.

Свободные аминокислоты мяса имеют различный вкус: серину, аланину, глицину и триптофану присущ в большей или меньшей степени сладковатый вкус, тогда как тирозину, лейцину и валину – горьковатый. Ангидрид креатина – креатинин обладает горьковатым вкусом. Органические кислоты, особенно молочная, придают кисловатый привкус мясу. Сахара, содержащиеся в мясе (глюкоза, фруктоза, рибоза), имеют сладкий вкус.

Из свободных аминокислот мяса важное значение имеют глютаминовая кислота и ее натриевая соль, которые в значительных количествах придают продукту вкус, близкий вкусу вареного мяса.

При нагревании мяса происходит преобразование предшест­венников в соединения, которые непосредственно участвуют в формирование специфических мясных вкуса и аромата.

В результате взаимодействия углеводов, белков, аминокислот, липидов, их превращений при нагревании образуются соединения, в комплексе обусловливающие появление характерного запаха: альдегиды, кетоны, серосодержащие соединения, летучие кислоты и др.

Глютамин (амид глютаминовой кислоты), содержащийся в мышечной ткани, при нагревании подвергается дезаминированию с образованием глютаминовой кислоты и аммиака. Накопление глютаминовой кислоты при варке усиливает мясной вкус мяса и бульона. При варке мясного бульона около 1/3 креатина превращается в креатинин.

В результате деструкции азотистых соединений (белков, пептидов, аминокислот) в вареном мясе появляются сероводород, фосфористый водород, количество которых зависит от вида и состояния мяса и условий тепловой обработки.

В последнее время все большее значение в образовании вкуса и аромата мяса придают участию липидных компонентов свободных жирных кислот, алифатических альдегидов, кетонов. Изменение аромата и вкуса мяса связывают также с накоплением в продуктах низкомолекулярных летучих жирных кислот. Различие в жирнокислотном составе липидов мышечной ткани различных животных придает специфичность оттенкам аромата и вкуса различных видов мяса. Низкомолекулярные продукты превращения липидов влияют преимущественно на аромат.

Специфический запах баранины в значительной степени обусловлен изменениями, происходящими в бараньем жире. Этот запах усиливается при нагревании жира в воде.

Для появления мясного запаха необходимо присутствие таких аминокислот, как цистеин, глютаминовая кислота, пролин, гистидин.

На вкус и аромат жареного мяса влияют вещества, образующиеся в поджаристой корочке в результате пиролиза белков и углеводов. Содержание ароматических веществ (карбонильных соединений и аминов) в поджаристой корочке в несколько раз превышает их количество в нижележащих слоях. При температуре поджаристой корочки не выше 135°С образуются летучие и нелетучие соединения, которые придают продукту приятные вкус и аромат, а при более высоких температурах появляются нежелательные вкус и аромат (горелый).

На вкус и аромат мяса влияют возраст и пол животных, от которых оно получено, условия их кормления и содержания, характер и глубина автолитических процессов при созревании мяса. Мясо старых животных имеет более интенсивные вкус и аромат по сравнению с мясом молодых животных. Эти различия обусловлены особенностями обменных процессов в организме, содержанием гемовых пигментов и др.

Имеется различие во вкусе и аромате разных мускулов одной туши. Так, вырезка имеет слабо выраженные вкус и аромат, а толстый и тонкий края превосходят по вкусу и аромату мясо на­ружной части тазобедренного отруба.

Характер и интенсивность запаха и вкуса мяса зависят также от длительности и температуры тепловой обработки. Для формирования желательных вкуса и аромата мяса необходимо определенное время, которое для различных кусков мяса неодинаково. Так, вкус и запах жареной говядины, обработанной до температуры 82°С в центральной части в течение 2 ч в шкафу при |177°С, значительно лучше, чем такого же куска жареной говядины, но обработанного в шкафу в течение 30 мин при температуре 288°С.

Наиболее интенсивен аромат горячего, только что подвергнутого тепловой обработке мяса, по мере остывания и хранения мяса аромат заметно слабеет. Повторный нагрев, хотя и не полностью восстанавливает аромат свежеприготовленного мяса.