Лекции для студентов

Лекционный материал по дисциплине “Пищевая химия” — Изменения углеводов в технологическом потоке

Изменения углеводов в технологическом потоке

При производстве и хранении пищевых продуктов, содержащиеся в них углеводы подвергаются реакциям гидролиза, дегидратации, в том числе термической деградации, реакциям образования коричневых продуктов, окислению и брожению.

Гидролиз углеводов. Гидролиз пищевых гликозидов, олигосахаридов и полисахаридов имеет место во многих технологиях, а также при хранении пищевых продуктов, последнее является нежелательным.

Гидролиз сахарозы. Поскольку сахароза как сырье используется во многих производствах, необходимо учитывать ее исключительную способность к гидролизу. Это может иметь место при нагревании в присутствии неболь­шого количества пищевых кислот. Образующиеся при этом моносахара (глюкоза, фруктоза) могут участвовать в реакциях дегидрата­ции, карамелизации и меланоидинообразования, образуя окрашенные и ароматические вещества. В ряде случаев это может быть нежелательно.

Ферментативный гидролиз сахарозы под действием фермента сахаразы (инвертазы) играет положительную роль в ряде пищевых технологий (производство кондитерских изделий).

Гидролиз крахмала.

1. Гидролиз крахмала возможен под действием кислот. Он используется в промышленности для получения глюкозы. Этот способ имеет ряд существенных недостатков, так как сопровождается образованием продуктов термической деградации и дегидратации углеводов.

2. Крахмал гидролизуется также и под действием амилолитических ферментов при получении зерновых сахарных сиропов из дешевого крахмалсодержащего сырья и крахмала (рожь, кукуруза, сорго и др.). Ферментативный гидролиз крахмала присутствует во многих пище­вых технологиях как один из необходимых процессов в хлебопечении производстве пива, спирта, различных сахаристых крахмалопродуктов.

Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов. Этот гид­ролиз имеет место под действием ферментов целлюлолитического, гемицеллюлазного и пектолитического комплекса. Используется в пище­вой технологии для более полной переработки сырья и улучшения каче­ства продукции.

Реакции дегидратации и термической деградации углеводов

Эти реакции катализируются кислотами и щелочами и занимают важное место производстве пищевых продуктов. При дегидратации пентоз образуется в основном фурфурол, при дегидратации гексоз — оксиметилфурфурол и другие продукты. Некоторые из образующихся продук­тов обладают определенным запахом и могут поэтому сообщать пище­вому продукту желательный или нежелательный аромат.

При тепловой обработке некоторых пищевых продуктов могут обра­зовываться в значительном количестве ангидросахара, особенно при об­работке в сухом виде продуктов, содержащих D-глюкозу или полимеры на её основе.

При получении глюкозы кислотным гидролизом крахмала, который обычно проводят в сильнокислой среде при высокой температуре, могут в результате деградации углевода могут образовываться изомальтоза и гентиобиоза, что является нежелательным.

Реакции образования коричневых продуктов

Потемнение пищевых продуктов может иметь место в результате окислительных или неокислительных реакций. Неокислительное или неферментативное потемнение связано с реакциями углеводов и включает явление карамелизации и взаимодействие углеводов с белка­ми или аминами (реакция Майяра).

Карамелизация. Прямой нагрев углеводов, особенно сахаров и сахар­ных сиропов, способствует протеканию комплекса реакций, называемых карамелизацией. Реакции катализируются небольшими концентрация­ми кислот, щелочей и некоторых солей. При этом образуются коричне­вые продукты с типичным карамельным ароматом. При этом основными являются реакция дегидратации с образованием ангидроколец или включение двойных связей в кольца углеводов. В результате образуются соединения, имеющие коричневый цвет.

Реакция Майяра (меланоидинобразование). Реакция Майяра является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых про­дуктов. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего са­хара, аминного соединения (аминокислоты, белки) и немного воды.

На начальной стадии реакции Майяра карбонильный углерод редуцирующего сахара в открытой цепи под­вергается нуклеофильной атаке свободной электронной парой аминно­го азота. Это сопровождается потерей воды и замыканием кольца с обра­зованием глюкозоамина (рис. 2). Глюкозоамин под­вергается перегруппировке по Амадори и переходит в аминокислоту (фруктозоамин). Продукты реакции, полученные при перегруппировке по Амадори, могут далее превращаться по двум путям: один — через дикарбонильные промежуточные соединения (дифруктозоамин), другой — через образование промежуточных дезоксигексозулоз. В обоих случаях образуются меланоидиновые пигменты.

Поскольку в реакции Майяра участвуют белки и аминокислоты, оче­видно, что имеет место определенная их потеря, как нутриента питания и снижение пищевой ценности продукта.

Протекание реакции меланоидинообразования можно ингибировать снижением рН ниже 6 ед., обеспечением в продукте очень низкой или высокой «активности воды», снижением температуры технологического процесса, снижением кон­центрации сахара (разведением) или его полным удалением, например, путём окисления.

Окисление углеводов

Действие окислителей. При определенных условиях возмож­но окисление углеводов в альдоновые кислоты, причем β-форма окисляется быст­рее, чем α-форма. Продуктом окисления является лактон, который находится в равновесии со свободной формой альдоновой кислоты.

Глюконо-β-лактон может присутствовать в пищевых продуктах в уме­ренно кислой среде, когда имеет место медленная реакция, например, при получении некоторых молочных продуктов.

При действии более сильных окислителей (например, азотной кис­лоты) образуются дикарбоновые кислоты.

Окисление, катализируемое ферментами. Здесь прежде всего следует сказать об окислении глюкозы под воздействием глюкозооксидазы.