Превращения углеводов

Во многих превращениях сырья в продукты питания происходит гидролиз крахмала. Гидролиз зависит от многих факторов – рН среды, температуры, ферментов, под действием которых он происходит. Этот процесс приходится учитывать, потому что он имеет важное значение не только для процесса переработки, но и для хранения. В процессе переработки особое внимание гидролизу уделяется при получении сахарных сиропов из дешёвого крахмалосодержащего сырья (рожь, кукуруза, сорго и т.д.). Гидролиз проходит под действием различных ферментов. Например, гидролиз под действием глюкоамилазы, а затем обработка глюкозоизомеразой позволяет получать глюкозофруктозные и фруктозные сиропы, которые во многих производствах заменяют сахарозу. Так как (1-4)α-Д связей в крахмале гидролизуется легче (1-4)β-Д связей в целлюлозе можно процесс гидролиза крахмала осуществлять избирательно.

При получении сахарных сиропов из крахмала степень конверсии крахмала в Д-глюкозу измеряют в единицах глюкозного эквивалента – процентное содержание образовавшихся сахаров, выраженное в глюкозе на сухие вещества сиропа.

Гидролиз крахмала

а) Под действием кислот. Гидролиз крахмала начинается с разрушения надмолекулярной структуры, т.е. с разрушения связи между амилозой и амилопектином. При этом структура крахмальных зёрен нарушается и образуется гомогенный арствор. На следующем этапе гидролиза идёт разрыв 1-4 и 2-6 гликозидных связей и присоединения по месту разрыва молекулы воды. Степень полимеризации уменьшается, число свободных альдегидных групп увеличивается. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Промежуточно образуются декстрины, олиго-, три- и дисахара. Изменяя условия гидролиза и его длительность, можно получить определённые значения глюкозного эквивалента. При его простоте и доступности гидролиз под действием кислот, сопровождается дегидратацией и деградацией сахаров, т.е. не всегда бывает эффективным.

б) Ферментативный гидролиз. Он проходит под действием амилаз. Они бывают α- и β-амилазами. Различают их по тому признаку, откуда начинается атака крахмала. α-Амилазы непосредственно атакуют внутренние гликозидные связи. Атакуя крахмальные зерно, она разрыхляет поверхность, образуя каналы и бороздки, как бы раскалывая зерно на части. В результате воздействия α-амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем идёт более глубокая разбивка и только затем медленно тетра- и тримальтоза гидролизуется до ди- и моносахаридов. Т.е. схему гидролиза крахмала можно представить себе следующим образом:

β-Амилаза избирательно атакует предпоследнюю α(1-4) связь с не восстанавливающего конца молекулы на его линейном участке. Она может воздействовать на клейстерированный крахмал.

Глюкоамилаза также является экзо-ферментом, катализирующим последовательное отщепление концевых остатков α-Д-глюкозы с не восстанавливающего конца молеклы. Многие из них способны также быстро гидролизовать α-1-6 глюкозидные связи, но только в том случае, если они расположены перд 1,4- α связями. Например декстран или не гидролизуется. Глюкоамилазы очень эффективные реагенты гидролиза, наиболее эффективны они для полисахаров.

Ферментативный гидролиз крахмала имеет значения во многих пищевых технологиях. Это один из необходимых процессов, обеспечивающих качество конечного продукта:

- в хлебопечении – процесс приготовления теста и выпечки хлеба;

- в производстве пива – получение пивного сусла, сушка солода;

- кваса – получение квасных хлебцов;

- спирта – подготовка сырья и процесс брожения продуктов – глюкозы, патоки, сахарных сиропов;

- производство сахаристых крахмальных продуктов – глюкозы, патоки, сахарных сиропов.

Гидролих сахарозы. Сахароза очень подвержена гидролизу. Она гидролизуется даже при небольшом нагревании в присутствии пищевых кислот. Образующиеся при этом глюкоза и фруктоза могут участвовать в процессах дегидратации и более глубоких полимеризационных и деструктивных процессах.

Ферментативный гидролиз сахарозы протекает под действием ферментов сахарозы и инвертазы. Это нужный процесс в пищевых технологиях. При таком гидролизе из сахарозы образуются глюкоза и фруктоза. При этом улучшаются органолептические свойства (вкус, аромат) и предупреждаются некоторые нежелательные процессы, например, черствение. Инверсия сахарозы проходит при начальных стадиях брожения виноградных вин. Используется этот процесс и при производстве безалкогольных напитков.

Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов. Этот процесс протекает под действием специфических ферментов и используется в пищевых технологиях для более полной переработки сырья и улучшения качества пищевой продукции. Например, такого рода гидролиз применяется в производстве соков и виноделии. При этом увеличивается выход сока и улучшается фильтрация за счёт меньшей возможности образования коллоидов. Такие процессы применяются и для улучшения свойств пива. По современным представлениям гидролиз целлюлозы под действием ферментов целлюлотического комплекса можно представить себе следующим образом:

Гидролиз гемицеллюлозы даёт разнообразный набор моносахаров – глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу, глукуроновую и галактуроновую кислоты.

Гидролиз пектиновых веществ протекает под действием пектинэстеразы. Она гидролизует сложноэфирные связи в пектиновой кислоте. Затем под действием полигалактуроназы происходит гидролитическое расщепление α-1-4-гликозидных связей в цепи пектиновых веществ.

Окисление в альдоновые, дикарбоновые и уроновые ксилоты.

Способность альдоз к окислению также имеет значение для производства пищевых продуктов. Как β, так и α-формы глюкозы и других манноз окисляются в лактон, причём окисление β-формы происходит быстрее, чем окисление α-формы. Полученный лактон находится в равновесии с фуранозой и открытой формой

Лактон присутствует в пищевых продуктах в умеренно кислой среде (например, при получении некоторых молочных продуктов). В присутствии более сильных окислителей образуются сахарные кислоты.

Окисление в уроновые кислоты возможно осуществлять при защите карбонильной группы:

Уроновые кислоты распространены в природе. Некоторые из них являются структурными компонентами полисахаридов, имеющих важное значение в пищевых процессах, таких как гелеобразование и загустевание – это пектин – (Д-галактуроновая кислота), альдоновая кислота из морских водорослей