Функции моно-, олиго- и полисахаридов в пищевых продуктах

Сладость

Сладость сахарозы принимается за 100%. Все остальные углеводы сравниваются с ней. Практически в два раза слаще фруктоза, приближается к ней ксилит (90%). В настоящее время найдены подсластители \ не углеводной природы и гораздо слаще сахарозы. Например, сахарин.

Связывание ароматических веществ.

Для многих пищевых продуктов, при получении которых используются различные виды сушки, углеводы играют роль стабилизаторов цвета и летучих ароматических веществ.

Взаимодействие сахар – вода заменяется взаимодействием сахар – ароматические вещества. Эта способность связывать ароматические вещества характерна больше для ди-, чем для моносахаридов. Хорошими фиксаторами запаха являются циклодекстрины и другие биополимеры средней массы. Они образуют плёнку вокруг красящих или душистых веществ и препятствуют их окислению или испарению.

Гидрофильность. Это одно из основных и полезных физических свойств углеводов для пищевых продуктов. Гидрофильность обусловлена наличием большого количества гидрокси-групп. Из-за большого их числа внутриклубковый осмом воды затруднён. Гидроксильные группы образуют поверхностные водородные связи с водой, что способствует их сольватации и растворению. Эффект связывания воды зависит от структуры сахара. Например, фруктоза значительно гигроскопичнее, чем Д-глюкоза, хотя они имеют одинаковое число гидроксильных групп. Из дисахаридов лактоза значительно уступает мальтозе и сахарозе, которые обладают приблизительно одинаковой гигроскопичностью. Замечено, что неочищенные сахара в большей степени связывают влагу, че рафинированные. Причина, по- видимому, в том, что примеси препятствуют образованию водородных связей между молекулами сахара и ОН-группы становятся боле доступными для связывания воды.

Способность связывать воду и контролировать активность воды в пищевых продуктах – одно из важнейших свойств углеводов. Благодаря этому свойству можно (в зависимости от вида продукта) лимитировать поступление влаги или наоборот контролировать её потерю.

Структурно-функциональные свойства. Полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах выполняют важную функцию в обеспечении качества и структуры – и твёрдости, хрупкости, плотности, застывания, липкости и т.д. Именно благодаря углеводами формируется структура продукта – мягкая, хрупкая или желеобразная.

Применяя углеводы для пищевой промышленности необходимо учитывать такое явление как синерезис. Это явление (процесс кристаллизации), когда крупные частицы углеводов образуют конгламериты, при этом взаимодействие с водой уменьшается и гравитационный эффект заставляет эти частицы осаждаться. В том случае, когда зоны взаимодействия образуются в виде сигментов (попарных) между множествами молекул, при этом взаимодействие с водой не исключается и образуются гели. Например, это происходит при быстром охлаждении амилозных крахмальных клейстеров. Гели могут быть слабыми (термически нестабильны). Это происходит в том случае, когда зоны связывания небольшие и силы удерживания сцеплённых вместе молекул невелики. Другой вид гелей – это твёрдые или термостабильные. При этом зона связывания большая и соответственно велики силы удерживающие макромолекулы вместе. Разветвлённые полисахариды (например, амилопектин) не могут в силу своей структуры тесно располагаться друг к другу, значит не могут образовывать зоны связывания и формировать гель. Такие молекулы просто образуют вязкие стабильные растворы. Это же относится и к заряженным полимерам, содержащим СООН− группы. Наличие заряда приводит к отталкиванию цепей и превращает образование зон связывания. Все растворимые биополимеры дают вязкие растворы, степень вязкости зависит от размера и структуры полимера. Влияние СООН− группы может быть подавлено в очень кислых растворах. По стерическим причинам все линейные молекулы имеют большую вязкость, чем разветвлённые, и применение их в пищевой промышленности предпочтительно. Следует учитывать, что в пищевых продуктах на вязкость могут влиять негелеобразующие компоненты. Они связывают воду, а молекулы сахара скручиваются в клубок и геля не образуется.

Роль крахмала. Он выполняет роль загустителя и связывающего агента. Он широко используется при производстве пудингов, концентратов, супов, киселей, соусов, начинок, майонезов. Важное свойство крахмала – клейстерилизация. В холодной воде крахмал набухает, по мере повышения температуры разрушаются межмолекулярные связи и частичное нарушение кристалличности за счёт проникновения воды. Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры кархмальных зёрен называют температурой клейстеризации. Как правило большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, а размер зёрен зависит от источника получения крахмала. Способность крахмала образовывать клейстеры делает его ценным компонентом пищевых продуктов.

Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов, характеристика крахмальных гелей зависит не только от температуры, но и от вида и количества других присутствующих компонентов (сахар, белки, жиры, пищевые кислоты, вода). Вода играет большую роль в формировании пищевых продуктов, а активность её зависит от присутствия солей, сахара и других связывающих воду компонентов. Большое количество этих примесей затрудняет процесс клейстеризации крахмала. Более всего затрудняют этот процесс дисахариды, меньше моносахариды. На клейстеризацию оказывают влияние и липиды. Жиры образуют комплексы с амилазой и тормозят процесс набухания зёрен крахмала. Наибольшее влияние оказывают моноицилглицериды. Влияет на клейсетризациюкартофельный амилопектин, который содержит фосфатные группы.

Во многих продуктах, где используется крахмал в качестве загустителя присутствуют кислоты. рН большинства пищевых продуктов лежит в области 4-7, это мало влияет на скорость набухания, она заметна при рН=10. Хотя некоторое снижение вязкости наблюдается. При низких рН наблюдается другой процесс – интенсивный гидролиз с образованием незагустевающих декстринов. Для его предотвращения (иначе он вызывает кислотное сжижение) в качестве загустителя используют поперечносшитые крахмалы.

При выпечке хлеба необходимо учитывать взаимодействие крахмал – белок, это взаимодействие имеет значение для формирования клейковины. Характер этого взаимодействия пока мало изучен.

При изготовлении замороженных продуктов, в которых крахмал выполняет роль загустителя, необходимо считаться с процессом ретроградации амилозы в процессе оттаивания. Если использовать при их производстве обычный крахмал, то изделия приобретают волокнистую или зерноподобную структуру. Для производства таких продуктов предпочтительнее использовать восковидный кукурузный крахмал, который практически не содержит амилазы или фосфатные поперечносшитые крахмалы.

Многие продукты при хранении черствеют. Черствение можно предотвратить жиры. Потому что процесс черствения связано с ассоциацией молекул амилазы или даже амилопектины, а добавление жира тормозит процесс кристаллизации. Эффект черствения может быть частично реверсирован смачиванием водой и нагреванием. Вода образует комплексы с крахмалом при нагревании проникает внутрь и расшатывает конгламераты крахмала возвращая им аморфную структуру.

Модифицированные крахмалы. Учитывая влияние, которое оказывает крахмал при добавлении его в пищевые продукты, целесообразно использовать модифицированные крахмалы.

Предварительно клейстеризованный крахмал. Крахмальную суспезию помещают между двумя обратно вращающимися нагреваемыми паром цилиндрами. Затем его высушивают в виде тонкой плёнки и размельчают в порошок. Он очень хорош как загуститель в пищевых продуктах, приготавливаемых без нагревания (пудинги, начинки).

Крахмал, модифицированный кислотой. Проводят кислотный гидролиз крахмала при температурах ниже температуры клейстеризации. Он идёт в аморфных зонах крахмала, оставляя его кристаллические зоны незатронутыми. В основном гидролизуется амилопектин. Обычно используют соляную или серную кислоту при t=25-55°С (6-24 часа, в зависимости от задаваемой вязкости). Такой крахмал практически нерастворим в холодной, но хорошо растворим в горячей воде. Это крахмал при высокой температуре даёт концентрированные растворы, которые при остывании на холоду образуют гель. Его применяют при производстве желированных конфет.

Этерифицирванные крахмалы.

Осуществляют частичную этерефикацию свободных ОН групп крахмала.

В крахмале имеются три свободные гидроксильные группы, которые могут быть этерифицированы. С читается, что целесообразно проводить этерификацию на 10%. При этом происходят определённые изменения коллоидных и других свойств, которые существенны для пищевых продуктов. А именно – снижается температура клейстеризации, увеличивается скорость набухания зёрен. Такие крахмалы находят применение в салатных заправках. В замороженных продуктах, пекарских изделиях применяют С−3-ацетаты (С−3=0,5). Они образуют прозрачные и стабильные клейстеры и применяются в замороженных продуктах, пекарских изделиях и т.д.

Монофосфатные эфиры зернового крахмала полученные взаимодействием крахмала и кислых солей орто-, пиро- и триполифосфата при нагревнии (50-60°С, 1ч) набухают в холодной воде и применяют в замороженных продуктах в качестве загустителя благодаря его исключительной стабильности при замораживании – оттаивании. Кроме того такого рода крахмал легко диспергируется в холодной воде и может использоваться при приготовлении мороженого.

Находят применение и крахмалы поперечносшитые дигидрофосфатами. Они устойчивы при хранении клейстеров, замораживании – оттаивании, применяются в детском питании, кремах.

Окисленные крахмалы получают действием NaClO, KMnO₄, KBrO₃ на водную суспензию крахмала при температуре ниже температуры клейстеризации. При этом идёт частичное расщепление гликозидных связей, и образуются карбоновые кислоты при окислении освободившихся альдегидных групп. Реакции ведут так, чтобы окисленный крахмал содержал одну СООН− группу на 25-30 гликозидных единиц. Такие крахмалы используются как низковязкостные наполнители в салатах, майонезах. Специальные виды окисленных крахмалов применяют в качестве улучшителей хлеба (увеличение пористости, замедление черствения). Применяют их и в производсвте желейных конфет вместо агира и пектина.

Целлюлоза.

Целлюлоза –компонент клеточных стенок. Она обычно ассоциируется с различными гемицеллюлозами и лигнином; и тип и размер этих ассоциаций образует характерную текстуру пищевых растений.

Целлюлоза – моноглюкан, состоящий из линейных цепей β-В-(1,4)- глюкопиранозных единиц. Исключительная линейность целлюлозы дает возможность молекулам ассоциировать, что имеет место в деревья и других растениях. Целлюлоза имеет аморфные и кристаллические области, аморфные в первую очередь подвержены воздействию растворителей и химических реагентов. В пищевых производствах находит применение микрокристаллическая целлюлоза. Для её получения целлюлозу гидролизуют кислотой. Её используют в качестве наполнителя в низкокалорийных пищевых продуктах. Более жёсткая химическая модификация целлюлозы используется для приготовления пищевых загустителей на целлюлозной основе. Наиболее широко используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na−KMЦ). Её получают обработкой целлюлозы NaOH и СlСН₂СООН.

 

 

Она используется в качестве наполнителя в начинках, пудингах, мягких сырах, фрктовых желе. Она нетоксична, хорошо удерживает влагу и поэтому применяется при изготовлении мороженого и других замороженных десертов. Она замедляет кристаллизацию глазурей, сиропов, т.е. применяется для изготовления кондитерских изделий. Применяется как эмульгатор в низкокалорийных продуктах.

В качестве загустителя применяют метилцеллюлозу. Регулируя условия реакции, можно ввести различное количество метильных (метоксильных) групп. Это низкокалорийные желирующие компоненты.

 

Гемицеллюлоза

Это класс сахаридов, не усваиваемых организмом человека. Основным сахаром является ксилан. Он состоит из (1→4)-β-Д-ксилопиронозильных единиц, часто содержит β-L-арабинофуранозильные цепи в третьем положении. Эти сахара хорошо связывают воду. Их используют при приготовлении пшеничного теста, они улучшают качество замеса, участвуют в формировании структуры теста для придания ему объёма.

Другая важная функция гемицеллюлоз в пищевых продуктах заключается в том, что они как пищевые волокна, образуют часть неперевариваемого комплекса, что очень важно для перистальтики кишечника. Они способствуют выводу желчных кислот и снижению уровня холестирина. Они способствуют снижению кардиологических заболеваний и новообразований прямой кишки.

 

Пектиновые вещества

Пектин содержится в растительных пищевых продуктах, например, фруктах и овощах. Пектин участвует в качестве структурного агента в построении клетки растений. Кроме того, благодаря своей способности образовывать коллоиды пектин регулирует водный обмен в растения. Название «пектин» происходит от греческого слова «пектос», что означает «желированный», «застывший». Он широко применяется при производстве фруктовых желе, джемов. Он входит в группу пищевых волокон, способен связывать токсические вещества и радионуклеиды, выводя их из организма человека. Это делает ценной добавкой при производстве продуктов лечебно-профилактического назанчения.

Пектиновые цепи способны связываться друг с другм трёхмерной пространственной структурой. Имеются различные виды ассциаций, которые определяются степенью этерификации.

Нормальные пектины (степень этерификации 50%) как правило лучше образуют гели при концентрации 1%. Желирование высокоэтерифицированных пектинов вызывается двумя факторами:

– добавлением сахара, который вызывает дегидратацию пектиновых молекул, способствуя тем самым их сближению;

– снижением рН среды, которое подавляет диссоциацию гидроксильных групп, снижая тем самым электростатическое отталкивание цепей.

Низкоэтерифицированные пектины могут образовывать гели в отсутствии сахаров, но требуют присутствии двухвалентных катионов (Са²⁺). Добавка ионов кальция вызывает образования кальциевых мостиков, соединяющих молекулы пектинов. Нельзя допускать передозировку ионов кальция, чтобы пектинат кальция не выпал в осадок. Такие вещества используют в бессахарных или низкосахарных диетических гелях. Добавление 10% сахара улучшает текстуру геля, без него он слишком хрупкий.