Таб.1. Физико-химические свойства крахмала, выделенного из различных растений

Виды крахмала	Количество амилозы, %	Температура клейстериза- ции, °С	Степень набухания, %	Коэффи циент замены
Клубневые: картофельный маниоковый бататный	32,10    22,56 21,84	58...62 60...68 58...72	1005 775 862	1,00 2,50 1,70
Зерновые: пшеничный кукурузный рисовый кукурузный амилопектиновый рисовый амилопектиновый
	21,37 19,25 20,02 5,76   2,91	50...90 66...86 58...86 62...70   54...68	628 752 648 608   405	2,70 2,30 2,20 1,55   2,75

 

Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах-пюре обладают относитель­но жидкой консистенцией из-за невысокой концентрации в них крахмала (2...5 %). Более плотную консистенцию имеют клейсте­ры в густых киселях (до 8 % крахмала). Еще более плотная конси­стенция клейстеров в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, так как соотношение крахмала и воды в них 1: 2... 1: 5.

В изделиях из теста, содержащих, как правило, небольшое ко­личество воды (менее 100 % массы крахмала), состояние крахма­ла отличается от его состояния в упомянутых выше изделиях. Крахмальные зерна в них мало обводнены, частично сохраняют форму и структуру; в окружающую среду переходит незначитель­ное количество растворимых полисахаридов.

На вязкость клейстеров влияют не только концентрация крахмала, но и другие факторы. Например, сахароза в концент­рациях до 20 % увеличивает вязкость клейстеров, натрия хлорид даже в очень незначительных концентрациях — уменьшает.

Уменьшение вязкости клейстеров наблюдается также при снижении рН. Причем, в интервале рН от 4 до 7, характерном для многих кулинарных изделий, вязкость клейстеров снижается не­значительно. Однако при более низких значениях рН (около 2,5) она резко падает.

На вязкость клейстеров оказывают влияние поверхностно-активные вещества, в частности глицериды, которые снижают вязкость клейстеров, но являются их стабилизаторами. Причем моноглицериды проявляют эту способность в большей степени, чем диглицериды. Моноглицериды снижают липкость макарон­ных изделий, предупреждают образование студня в супах, соусах, задерживают черствение хлеба.

Белки оказывают стабилизирующее влияние на крахмальные клейстеры. Например, соусы с мукой более стабильны при хране­нии, замораживании и оттаивании, чем клейстеры на крахмале, вы­деленном из муки. В охлажденном состоянии крахмальный клей­стер относительно высокой концентрации превращается в студень.

 

 

Вопрос № 3

Изменение содержания прочно- и слабосвязанной воды в процессе тепловой обработки мяса

Вода — естественный компонент мяса, образующий устойчи­вые структурированные системы с другими его частями. Формы и прочность связи воды в этих системах влияют на свойства мя­са, в том числе на водоудерживающую способность, по характе­ру изменения которой можно судить об изменении потерь массы в процессе тепловой обработки и о качестве продукта. В настоя­щее время под водоудерживающей способностью мяса понима­ется сила, с которой часть его собственной воды или собственной с небольшим количеством добавленной воды удерживается белками, а также другими веществами и структурными система­ми мяса при воздействии на него каких-либо сил извне.

На изменение водоудерживающей способности мяса в, про­цессе его тепловой обработки влияют многие факторы: темпера­тура, до которой оно нагревается, длительность выдержки при ней, температура среды, способ тепловой обработки, скорость нагрева, величина рН обрабатываемого сырья, реологические характеристики, химический состав продукта, количество добав­ленной поваренной соли, воды, вид мяса, анатомическое проис­хождение мышц, возраст животных и др.

Структура воды и изменение ее в процессе на­грева. Белковая макромолекула окружена водой, которую нель­зя рассматривать как нейтральное вещество, так как благодаря своим уникальным свойствам она, с одной стороны, подвергает­ся воздействию растворенных в ней белковых макромолекул, с другой — сама активно влияет на конформацию белка. Известно, что вода служит связующим звеном между белковыми молекула­ми. Составляя 70...75 % массы живой клетки (в протоплазме ее со­держится около 70...80 %, в фибриллах — около 70, в саркоплаз­ме - 20, во внеклеточном пространстве — 10 %), вода представ­ляет собой ту жидкую среду, в которой осуществляются обмен и транспортировка веществ. Стабилизация пространственной структуры белка и других биополимеров в значительной мере осу­ществляется в результате их взаимодействия с водой.

Уникальные свойства воды обусловлены ее способностью об­разовывать четыре водородные связи между молекулами и одно гидрофобное взаимодействие, в результате которых возникают сильные межмолекулярные связи, приводящие к образованию ассоциации. При этом две водородные связи включают два атома водорода молекулы воды, а две другие — неспаренные электроны кислорода и два атома водорода соседних молекул, поэтому мо­гут выступать одновременно в роли донора и акцептора электро­нов в процессе образования водородных связей. В этом случае одна из взаимодействующих молекул получает избыточный по­ложительный заряд, приобретая «кислые свойства», а другая — отрицательный заряд и «основные» свойства. В результате моле­кулы, соединенные водородной связью, способны образовывать более прочные связи с другими молекулами. Таким образом, во­дородные связи в воде носят кооперативный характер, т. е. одно­временно образуются или рвутся большие группы связей.

Следует отметить, что большинство исследователей связыва­ют снижение водосвязывающей способности и потери влаги в процессе нагрева мяса только с изменением конформационной структуры белка. Белковая макромолекула в мясе всегда находит­ся в окружении воды. Растворы неполярных веществ являются структурообразователями по отношению к воде. Наличие непо­лярного углерода в ней способствует возникновению гидрофоб­ного взаимодействия. На основании этого можно считать, что вода в значительной степени определяет конформацию макро­молекул. Однако это свойство воды обусловлено непосредствен­но структурой, которая, в свою очередь, может изменяться под воздействием различных факторов, в частности температуры.

 

Рис. 2. График зависимости снижения содержания влаги от температуры образца и рН фарша

 

 

Известны четыре характерные температуры (15, 30, 45, 60 °С), при которых происходят резкие изменения состояния воды. Считают, что при указанных температурах в воде совершаются качественные структурные переходы.

Исследования зависимости снижения содержания влаги от тем­пературы и рН образца фарша показали, что отделение влаги начи­нается уже при температуре 35 °С (рис. 2). Однако, начиная с температур 45...50 ⁰С, влага выделяется более интенсивно. Это объясняется изменением, с одной стороны, структуры воды при указанных температурах, с другой — конформацией белковой мак­ромолекулы, которая обусловлена комплексом внутри- и межмоле­кулярных водородных связей и гидрофобных взаимодействий.

Поскольку нагрев сопровождается разрушением структур во­ды (водородных связей и гидрофобных взаимодействий), действующие между протофибриллами вторичные силы Ван-дер-Ваальса стягивают молекулу белка в более компактную форму, т. е. происходят полимеризация дискретных белков и увеличение их молекулярной массы. При этом с повышением температуры контакт воды с углеводородом приводит к энергетически менее выгодной замене взаимодействия вода—вода взаимодействием углерод—вода, структура белка уплотняется, что вызывает зна­чительное выделение влаги в виде бульона.

Формы связи воды с дисперсными системами.

Формы связи воды в дисперсных системах, по П. А. Ребиндеру, классифицируют следующим образом: химическая, физико-химическая, физико-механическая.

К химической связи относятся ионная и молекулярная, кото­рые характеризуются связью в строго молекулярных соотноше­ниях. Химически связанная — гидратационная вода — является прочносвязанной, ее количество составляет 6... 10 % к массе су­хого вещества.

К физико-химической связи относятся адсорбционная и ос­мотическая, которые осуществляются в различных не строго определенных соотношениях.

К физико-механической относятся связи: в микро-(r < 10^-7м) и макрокапиллярах (r > 10^-7м), структурная и смачивания Удер­живание воды физико-механическими связями осуществляется в неопределенных соотношениях.

Ионная, очень сильная связь может быть нарушена при хими­ческом взаимодействии или прокаливании. Молекулярная связь также относится к сильным и может быть нарушена при нагреве мяса до температуры выше 150 °С.

Наибольшее влияние на качество продукта и потери массы в процессе его тепловой обработки, по-видимому, оказывает физико-химически и физико-механически связанная вода. Ис­пользуя классификацию форм связи П. А. Ребиндера, связанную в мясе воду подразделяют на четыре основных вида.

Первый (слой а) — гидратационная вода, связанная электро­статически с полярными группами белков посредством положи­тельных или отрицательных зарядов водных диполей. Второй (слой b) — связан с белками посредством притяжения водных ди­полей (диполь—диполь). Третий (слой с) — капиллярно связан­ная и адсорбированная вода. Четвертый (слой d) — вода смачи­вания.

Выделяют три формы связывания воды с белком: гидратаци­онная, иммобилизованная и свободная вода.

Гидратационная вода составляет примерно 10 % всей имеющейся в мясе воды, адсорбированной белком. Вследствие двухполюсного характера молекул она присоединяется к ионам и другим полярным группам, имеет измененные физические пока­затели, не поддается физиологическому воздействию, не влияет на колебания водоудерживающей способности.

Иммобилизованная (связанная) вода прочно удерживается сетью мембран и волокнами мышечных белков, а также сцеплениями водородных носителей зарядов. Эта часть воды с большим трудом выжимается и не вытекает из мяса.

Свободная вода находится между клетками, очень «рых­ло» связана и легко вытекает при нагреве. Это обусловливает, с одной стороны, потери массы от испарения при замораживании и холодильном хранении мяса и от вытекания сока при его раз­мораживании, с другой — способствует сушке мясопродуктов.

В зависимости от состояния мышечных белков изменяется со­отношение между иммобилизованной и свободной водой, причем оба ее вида следует рассматривать как единое целое: если количест­во иммобилизованной воды увеличивается, то свободной — сокра­щается, и водоудерживающая способность возрастает; при умень­шении количества иммобилизованной воды повышается содержа­ние свободной, и влагоудерживающая способность понижается.

Для оценки прочности связи воды в мясных изделиях А. А. Со­колов предложил следующую динамическую схему: вода, содер­жащаяся в мясе, подразделяется на прочносвязанную и слабо­связанную, а слабосвязанная — на полезную (которая остается в продукте после тепловой обработки) и избыточную.

В этом случае к прочносвязанной воде относится адсорбци­онная, удерживаемая молекулярно-силовым полем у поверхно­сти раздела дисперсных частиц — мицелл с окружающей средой и гидрофильными центрами белковых молекул, а также влага микрокапилляров с r < 10^{-7 м и механически удерживаемая.}

Вода слабосвязанная необходима для обеспечения желатель­ных свойств и нормированного выхода продукта. Вода слабосвя­занная избыточная в основном отделяется при тепловой обработке мясопродуктов. Повышение влагосодержания фарша пу­тем увеличения доли слабосвязанной избыточной воды приво­дит к значительному ее отделению в процессе нагрева продукта и, следовательно, к снижению качества готовых изделий.

Считают, что ионная связь особенно важна для увеличения водоудерживающей способности мяса. Поскольку некоторые аминокислоты содержат две карбоксильные и две аминогруппы, то помимо блокированных пептидной связью имеются группы с кислой и щелочной реакцией, которые образуют анионы и ка­тионы. Кроме названных в молекуле аминокислот содержатся и другие функциональные группы, например гидроксильные (—ОН) и сульфгидрильные (—SH). Они имеют полярный харак­тер, вследствие чего также могут удерживать воду.

В зависимости от того, являются ли заряды соседствующих ионов одноименными или противоположными, они взаимно притягиваются либо отталкиваются. Известно, что количество зарядов в изоэлектрической точке (рН ~ 5,0) минимально. Мясо, нагретое при изоэлектрическом состоянии белков, характеризу­ется максимальным отделением бульона и минимальной водо­удерживающей способностью.

Изменение водоудерживающей способности в процессе на­грева соленой говядины (2 %) в зависимости от рН сырья, темпе­ратуры образца и греющей среды представлено на рис. 3 и 4 Нагрев проводили при температурах греющей среды 75, 100 и 145 °С до достижения в центре образца температур 35, 45, 50, 55, 65, 75, 90, 115, 125 и 135 °С.

Как видно из рис. 3, количество влаги, отделяемой при прессовании, зависит в большей степени от величины рН сырья и температуры образца и в меньшей — от температуры греющей среды. Максимальное количество влаги, выделяющейся из об­разца при прессовании (слабосвязанной), наблюдается у мяса с исходным значением рН 5,25 при нагреве до 75 °С. С увеличени­ем рН при нагреве мяса до одинаковой температуры, не превы­шающей 75 °С, количество слабосвязанной влаги снижается. Особенно резко это наблюдается в случае нагрева фарша до 35 и 45 °С при увеличении рН с 5,25 до 5,75. При нагреве мяса выше 75 °С закономерность отделения слабосвязанной влаги изменя­ется: при температуре образца 90 °С и выше количество ее возра­стает с увеличением рН.

При определении влияния температуры образца на измене­ние количества слабосвязанной влаги отмечено, что при нагреве соленого мяса при всех исследуемых значениях рН до температу­ры 45 °С наблюдаются некоторое уменьшение ее количества (см. рис. 3) и повышение содержания неотпрессованной влаги (см. рис. 4). По-видимому, процесс денатурации белков со­провождается повышением водосвязывающей способности, хотя и в небольшой степени. Это подтверждается данными, получен­ными П. Л. Приваловым и Г. М. Мревлишвили, которые свиде­тельствуют о том, что гидратация макромолекул действительно изменяется при денатурации, причем это изменение всегда по­ложительно — гидратация денатурированных макромолекул больше, чем нативных. Этот факт свидетельствует о тесной взаи­мосвязи между конформацией макромолекул и состоянием воды в прилегающих к ним слоях. Обычно этим обстоятельством пре­небрегают при рассмотрении изменений водосвязывающей спо­собности и конформационных превращений макромолекул в во­де, что вряд ли допустимо.

Нагрев образца до температуры от 45 до 50 ^оС вызывает резкое увеличение количества отпрессованной и снижение неотпрессо­ванной влаги.

Рис. 3. График зависимости количества отпрессованной влаги от температуры и рН исходного фарша

 

В интервале температур 50...55 °С количество отпрессованной и неотпрессованной влаги не изменяется. Это свидетельствует о том, что изменение водоудерживающей способности происхо­дит ступенчато. Дальнейшее повышение температуры до 65 °С при рН 5,25...6,00 и до 75 °С при рН 6,25...7,00 вызывает при прессовании значительное снижение количества неотпрессован­ной влаги и увеличение отпрессованной.

При температуре выше 65 (75) °С происходит дополнительное уплотнение структуры в результате образования дисульфидных сшивок и выпрессовывания влаги в процессе нагрева. При этом ведущая роль в формировании белкового каркаса мясопродукта принадлежит миозину.

Повышение температуры до 75 °С вызывает изменение зако­номерностей количества отпрессованной и неотпрессованной влаги на противоположные, что, по-видимому, означает завер­шение процесса коагуляции белков. Дальнейший нагрев фарша до 135 °С способствует снижению количества отпрессованной и увеличению неотпрессованной влаги. Интенсивность этих изме­нений зависит от рН сырья, температур образца и греющей сре­ды. Так, по достижении образцом температуры 90 °С потери мас­сы и снижение количества отпрессованной влаги превосходят соответствующие значения, достигаемые при температуре грею­щей среды 100 °С. Такое явление можно объяснить следующим образом: по достижении температуры 90 °С дезагрегация коллаге­на в обоих случаях пока еще незначительна, а продолжительность нагрева в интервале температур 75...90 °С существенно различает­ся и составляет 395 с при температуре греющей среды 100 ^оС про­тив 34 с при 145 °С. Таким образом, длительность тепловой обра­ботки при исследуемых режимах оказывает большее влияние, чем температура греющей среды. В целом снижение количества от­прессованной и увеличение неотпрессованной влаги могут быть объяснены развитием процесса дезагрегации коллагена.

Влияние рН мясного фарша. Кроме изменения структуры воды, денатурационных изменений мышечных белков и дезагрегации коллагена существенное влияние на изменение водоудерживающей способности оказывает рН сырья. Результа­ты исследований изменения рН мяса в процессе нагрева в зави­симости от температуры образца и первоначальной величины рН представлены на рис. 5.

На изменение рН в процессе нагрева мяса более сильное вли­яние, чем температура греющей среды, оказывают рН исходного сырья и температура образца. Несмотря на то что с повышением последней прирост рН возрастает (величина прироста зависит от рН исходного фарша), водоудерживающая способность его сни­жается, так как параллельно происходит сдвиг изоэлектрической точки фибриллярных белков к более высоким значениям рН.

Рис. 4. График зависимости количества неотпрессованной влаги от температуры и рН исходного фарша (температура греющей среды 145 °С)

 

 

Состав мясных и костных бульонов из мяса птицы и субпродуктов. Качественный состав бульонов, приготовляемых из мяса и мясопродуктов, одинаков, в него входят экстрактив­ные и минеральные вещества, белки, липиды, витамины. Белки представлены в основном глютином, который образуется в резуль­тате деструкции коллагена в условиях влажного нагрева. Белки мышечных волокон переходят в бульон в количествах, не превы­шающих 0,2 % массы мясного сырья. Эмульгированный жир со­держится в бульонах, приготовляемых из жирного мяса (грудинка, покромка), жирной птицы (утки, гуси), языков; количество его не превышает 0,8 % массы мясного сырья. Таким образом, основны­ми водорастворимыми компонентами мясных и костных бульонов являются экстрактивные, минеральные вещества и глютин. Коли­чественное содержание указанных компонентов в бульоне зависит от вида мясного сырья, использованного для варки.

Рис. 5. График зависимости изменения рН мясного фарша в процессе нагрева до заданной температуры от исходного рН (температура греющей среды 145 °С)

 

 

Вопрос № 4

Виды и прочность контактов между частицами и тиксотропия

Тиксотропия — способность некоторых дисперсных сис­тем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием. Она свойственна дисперсным сис­темам и обнаружена у многих полуфабрикатов и пищевых про­дуктов.

Реологические свойства продукта во многом определяются его структурой и текстурой. Структура — от лат. structura -совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе; текстура - от лат. textura — ткань, связь, строение.

Многие пищевые массы помимо твердого и жидкого состоя­ний обладают структурами, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение. К ним относятся белко­вые и углеводные студни, суспензии разной концентрации (пас­ты, эмульсии, пены и др.).

Наличие внутренней структуры придает таким системам оп­ределенные механические свойства — упругость, пластичность, вязкость, прочность, которые объективно характеризуют их кон­систенцию. Механические свойства зависят от природы входя­щих в систему веществ и их соотношения, а также от сил взаимо­действия между ними.