Роль вуглеводів у формуванні харчової вартості та якості продовольчих товарів

Моносахариди являють собою найпростіші сполуки вуглеводів,які мають у своєму складі від 3 до 7 атомів вуглецю (тріози, тетрози, пентоди, гексози).

Пентози(С5Н10О5) містяться головним чином у рослинах у вигляді високомолекулярних полісахаридів пентозанів..

Пентозани накопичуються головним чином в зовнішньому шарі рослинних організмів, тому за кількістю пентозанів можна, наприклад, встановити якість борошна. Велика кількість пентозанів буде в більш низьких сортах борошна.

Гексози (С6Н1206) - головним чином представлені Д-глюкозою, Д-фруктозою, а у складних вуглеводах зустрічається і Д-галактоза.

Глюкоза (декстроза, виноградний цукор) - міститься у плодах, овочах, листі, корінні. Як складова частина глюкоза входить до багатьох оліго- та полісахаридів. Це високо енергетичний поживний продукт, який швидко відновлює енергію організму.

Глюкоза широко використовується в кондитерській промисловості і медицині.

Фруктоза (плодовий цукор, левульоза) у вільному вигляді входить до складу фруктів, ягід; із продуктів тваринного походження значна кількість її міститься в меді. Крім того, фруктоза є складовою частиною деяких олігосахаридів (сахароза, рафіноза) та полісахаридів (інулін).

Галактоза (ізомер глюкози) у вільному вигляді в природі не зустрічається, а входить до складу олігосахаридів (лактози, рафінози), а також високомолекулярних полісахаридів (агар-агару, геміцелюлоз, пектинових сполук).

Моносахариди легко розчиняються у воді, розчини їх нейтральні й оптично активні.

При нагріванні та випаровуванні моносахаридів утворюються в'язкі сиропи, а кристалізація не відбувається.Ця властивість використовується при одержанні карамельної маси.

Моносахариди мають солодкий смак, тому істотно впливають на органолептичні властивості тих продовольчих товарів, до складу яких вони входять.

Завдяки тому, що моносахариди у складі своїх молекул мають вільний напівацетальний (глікозидний) гідроксил, вони є активними відновниками. При окислюванні моносахаридів утворюються кислоти, а при відновленні - спирти. Із глюкози, фруктози і сорбози - спирт сорбіт. Цей спирт, а також ксиліт, який утворюється при відновленні пентози (ксилози), мають солодкий смак і використовуються в харчовій промисловості як замінник цукру у виробах для хворих цукровим діабетом. Завдяки тому, що всі моносахариди здатні вступати в окислювально-відновні реакції, вони одержали назву редукуючих цукрів.

Однією з найважливіших властивостей цих цукрів є гігроскопічність. Тому редукуючі цукри використовуються в кондитерській промисловості як антикристалізатори.

Моносахариди зброджуються різними мікроорганізмами. Ця властивість моносахаридів широко застосовується в харчовій промисловості при виробництві багатьох харчових продуктів (хліб, і пиво, кисломолочні вироби та ін.). Але про це треба пам'ятати і при зберіганні харчових продуктів. Так, перетворення вина в оцет, спиртовий запах навіть при короткочасному зберіганні свіжих ягід - це наслідок процесів бродіння.

Моносахариди своїм напівацетальним гідроксилом можуть вступати в хімічну взаємодію із спиртами, кислотами, альдегідами, утворюючи сполуки на зразок складних ефірів. Ці сполуки одержали назву глікозидів.Вони відіграють певну роль у формуванні споживчої вартості продовольчих товарів: деякі з них належать до речовин, що зумовлюють колір (енін- в чорному винограді, кверцитин - у покривних лусках цибулі); інші надають продуктам специфічного смаку (синегрин в гірчиці, перці; лимони в цитрусових; амігдалін в ядрі сливи, вишні).

До олігосахаридівналежать вуглеводи, які у своєму складі мають від 2 до 10 залишків моносахаридів. У харчових продуктах частіше зустрічаються дисахариди (сахароза, лактоза, мальтоза, трегалоза) та трисахариди (рафіноза).

Дисахариди (С12Н22011) складаються з двох залишків моносахаридів, які з'єднані між собою напівацетальним зв'язкам або за рахунок напівацетальних гідроксилів (сахароза, трегалоза), або за рахунок напівацетального і спиртового гідроксиду (мальтоза, лактоза).

Трисахариди (С18Н32016) складаються з трьох залишків моносахаридів. У харчових продуктах з трисахаридів частіше зустрічається рафіноза. Вона входить до складу цукрових буряків, сої, гороху, ядра бавовни.

Олігосахариди за своїми фізичними властивостями наближається до моносахаридів. Всі вони розчиняються у воді, а розчини оптично активні. Але ступінь розчинності олігосахаридів різний. Найменшою розчинністю відзначається лактоза. Це часто є причиною появи такого недоліку згущених молочних консервів, як піскуватість.

Більшість олігосахаридів має нижчу солодкість, ніж моносахариди. За еталон солодкості взято сахарозу (100 одиниць солодкості). Солодкість мальтози дорівнює 32,5 одиниці, рафінози - 22, а лактози - 16 одиницям.

Олігосахариди мають різну гігроскопічність. Наприклад, мальтоза дуже гігроскопічна, а хімічно чиста сахароза практично негігроскопічна. Тому для того, щоб відкрита карамель не зволожувалася, її обсипають цукром-піском.

Усі олігосахариди здатні гідролізуватися, утворюючи при цьому ті моносахариди, із залишків яких вони складались. При гідролізі сахарози утворюється суміш рівних кількостей глюкози і фруктози- інвертний цукор, який дуже гігроскопічний, солодший, ніж сахароза, менше здатний до кристалізації, тому вводиться до складу кондитерських виробів (варення, повидла, мармеладу) для запобігання зацукровуванню, в тісто - для зменшення швидкості черствіння.

Характерною властивістю цукрів є їхня здатність до карамелізації. При нагріванні цукру вище температури плавлення він спочатку перетворюється в ангідрид, а потім, при втраті приблизно 20 % води в речовину коричневого кольору, гіркого смаку - карамелен. Ця реакція має місце при смаженні кави, випіканні хліба. Карамелен використовується як фарбник в лікеро-горілчаній, безалкогольній та кондитерській промисловостях.

При виробництві деяких харчових продуктів (виготовлення ірису, випікання хліба, пастеризація молока), зберіганні (згущеного молока, концентратів, консервів у герметичній тарі) і обробці в хатніх умовах(смаження риби, м'яса, овочів) відбувається реакція меланоїдиноутворення (реакція Майєра), внаслідок чого продукт набуває темного забарвлення і специфічного смаку.

Реакція меланоїдиноутворення являє собою взаємодію глікозидного гідроксилу цукру з аміногрупою амінокислот, поліпептидів, білків. Цей процес є серією хімічних перетворень з утворенням складних сполук, серед яких провідне місце займають речовини коричневого кольору різних відтінків, які одержали назву меланоїдини.

Утворення меланоїдинів бажане при обсмажуванні риби, м'яса, овочів- з'являється характерний колір і аромат смажених продуктів. Реакція меланоїдиноутворення не бажана при виготовленні та зберіганні соків, сушених плодів, овочів, бо при цьому змінюється не тільки колір продуктів, але й заявляється незвичний смак і запах, знижується їхня харчова вартість. Чорні продукти, що утворюються внаслідок цієї реакції, токсичні. При виробництві деяких продуктів для запобігання меланоїдиноутворенню використовують сировину з малою кількістю редукуючих цукрів.

Полісахариди- це високомолекулярні продукти поліконденсації моносахаридів, які зв'язані киснево глікозидними зв'язками в лінійні або розгалужені ланцюжки.

Систематичної хімічної номенклатури полісахаридів немає. Свою назву полісахариди одержали залежно від того, звідки їх виділили або у зв'язку з особливостями їх властивостей.

У складі харчових продуктів зустрічаються такі полісахаридами, як крохмаль, целюлоза (клітковина), глікоген (тваринний крохмаль), інулін. Всі ці полісахариди в основі своєї молекули мають гексози, тому називаються гексозанами і мають загальну формулу (С6Н10О5)п.

Полісахариди зустрічаються переважно в рослинах. Деякі з них (целлюлоза) утворюють опорні тканини, а інші (крохмаль, інулін) виконують роль запасних речовин.

Крохмаль- резервний полісахарид рослин - у значних кількостях міститься в зернових (60-80 %), картоплі (до ЗО %). Крохмаль - це не однорідна речовина. В його зерні існує оболонка, яка складається з амілопектину, і внутрішня частина, що складається з амілози. Амілоза і амілопектин складаються із залишків -глюкопіранози, але відзначаються будовою своїх молекул та властивостями.Амілоза –це нерозгалужені довгі ланцюги, які побудовані із 1000-1600 залишків глюкози. Вона розчиняється в гарячій воді (при температурі 70-80°С) й утворює слабков'язкі розчини, у присутності йоду синіє. Молекули амілопектину також побудовані з залишків глюкози, але на відміну від амілози ці ланцюги дуже розгалужені. Амілопектин має значно більшу молекулярну масу, бо до його складу входить понад 30 000 залишків молекул глюкози. Амілопектин у воді не розчиняється, а тільки набухає, у гарячій воді утворює в'язкий клейстер, йодом забарвлюється у червоно-бурий колір.

З огляду на вплив, що мають ті чи інші властивості крохмалю на якість харчових продуктів, у ряді виробництв застосовують різні модифіковані крохмалі. Наприклад, попередньо клейстеризованний крохмаль використовується як загущувач в харчових продуктах без нагрівання - пудингах, начинках; крохмаль, модифікований кислотою застосовують у якості умягчителя при виробництві желированих цукерок.

Глікоген (тваринний крохмаль) відкладається в печінці людини(до 20 %) і служить запасною речовиною. За будовою молекули дуже схожий з амілопектином, але більш розгалужений і містить меншу кількість залишків глюкопіранози.

Целюлоза (клітковина) - основний будівельний матеріал рослинних тканин. Її кількість у різних рослинах коливається в широких межах-від 2,0 % (в зернових) до 98 % (у волосках насіння бавовни). Целюлоза-це нерозгалужений полісахарид, побудований із залишків -глюкопіранози. Целюлоза не розчиняється у воді і в більшості розчинників. При виробництві харчових продуктів застосовується мікрокристалічна целюлоза, для одержання якої використовують кислотний гідроліз целюлози. Цей продукт використовується як наповнювач і реологичний компонент у низькокалорійних харчових продуктах.

Інулін- полісахарид, який складається із залишків (38-45) фруктофуранози. Інулін легко розчиняється у теплій воді, утворюючи колоїдні розчини. В медицині його використовують як замінник цукру і крохмалю в їжі хворих цукровим діабетом.

Пектинові речовини. Вони міститься в рослинних продуктах - у фруктах, овочах. Ці речовини неоднорідні і зустрічаються у виді протопектина, пектину, пектинової і пектової кислот. Завдяки прекрасним желирующим властивостям пектин широко застосовується при виробництві харчових продуктів - желе, варення, мармеладу, пастили.

Полисахариди, які присутні у харчових продуктах виконують важливу функцію, що полягає у забезпеченні їх якості і текстури: твердості, крихкісті, щільності, загущування, в'язкості, гелеутворюваючий здатності. Саме завдяки полисахаридам утвориться структура харчового продукту - м'яка чи тендітна, набрякла чи желеутворюча.