Перетворення вуглеводів у технологічному потоці та під час зберігання харчових продуктів

Під час зберігання харчової сировини, її технологічної переробки у готові продукти моносахариди та олігосахариди підлягають різним перетворенням. Це процеси кислотного, ферментного гідролізу оліго- та полісахаридів, бродіння моносахаридів, мелаїдиноутворення та карамелізація моносахаридів і дисахаридів.

В багатьох харчових виробництвах використовується гідроліз олігосахаридів та полісахаридів. Гідроліз важливий як для процесів одержання харчових продуктів так і для процесів їх зберігання.

Процес мелаїдиноутворення пов'язаний із взаємодією відновлювальних цукрі (монози та відновлювальні дисахариди, які містяться у продукті та утворюються під час гідролізу більш складних вуглеводів) з амінокислотами, пептидами та білками, в результаті утворюються темно-забарвлені продукти – мелаідини (меланос (грецьк.) – темний).

Реакція Майєра

Глюкозогліцин Глюкозогліцин

Утворення глюкозоаміну це тільки початкова стадія реакції Майєра.

Механізм мелаїдиноутворення складний, представляє собою сукупність послідовних і паралельних реакцій. Відбувається утворення значної кількості проміжних продуктів, які далі взаємодіють як між собою, так і з вихідними речовинами.

Колоїдні, погано розчинні меланоїдини з характерним карамелеподібним ароматом є результатом альдольної конденсації і полімеризації вуглеводів.

Карбонільний атом Карбону редукованого сахару в відкритій формі підлягає нуклеофільній атаці вільною електронною парою амінного азоту. Це супроводжується втратою води і замиканням кільця з утворенням глюкозоаміна. За наявності надлишку редукованого сахару можливе утворення диглюкозоаміну:

Диглюкозоамін

Глюкозоамін. підлягає перегрупуванню по Амадоре і переходить в амінокислоти фруктозоамін:

Фруктозогліцин

Фруктозоамін був ідентифікований в ряді харчових продуктів, а саме в сухофруктах (персики, абрикоси), сухих овочах, сухому молоці.

Якщо в початковій стадії присутня кетоза, тоді також має місце утворення глюкозоаміну за рахунок перегрупування Хейтса:

Фруктоза

Продукти реакції, отримані при перегрупуванні Амадоре можуть в подальшому перетворюватися з утворенням меланоїдинових пігментів – сполук, які вміщують піразинові і імідазольні кільця, а також похідні оксиметилфурфурола. Утворення пігментів – надзвичайно складна реакція і важко піддається дослідженню. Вважають, що в утворенні пігментів має місце альдольна конденсація карбонових проміжних сполук або продуктів їх наступних реакцій. На цій стадії в реакції знову вступають амінокислоти, що приводять до утворення азотовмісних пігментів, які називають меланоїдинами. Коричневий колір пояснюється невираженністю спектра поглинання в видимому діапазоні, який складається із перекриваючих один одного спектрів поглинання багатьох хромофорів. На модельних розчинах було доведено, що пігменти, які утворилися в модельних сахаро-амінокислотних середовищах не є простими речовинами. Вони являють собою суміш сполук з подібною структурою але з різною молекулярною масою (починаючи з декількох сотень). З хімічної точки зору пігменти, що утворилися в модельних середовищах є ненасиченими полікарбоксильними кислотами з розширеною системою спряжених зв’язків, включаючи карбоксильні групи. Крім того, слід зазначити наявність гідроксильної, фенольної і амінної функції.

На сьогодні чітко встановлено, що високу здатність вступати в реакцію Майєра мають лізин, L-аргенін і L-гістидин, що призводить до зменшення їх вмісту в продукті.

На реакцію меланоїдиноутворення впливають такі фактори:

· температура: зростання температури на 10°С збільшує швидкість реакції у 2 – 3 рази;

· вологість: як дуже низька, так і дуже висока вологість стриму потемніння, найбільше потемніння має місце при проміжній вологості;

· іони металів: більш інтенсивне потемніння відбувається за наявності іонів міді і заліза;

· структура сахарів: здатність утворювати коричневі пігменти зменшується в ряду для пентоз D-глюкози, L-арабінози, для гексоз – D-галактоза, D-маноза, D-глюкоза, D-фруктоза, для дисахаридів – мальтоза, лактоза, сахароза;

· характер амінокислоти: чим далі від карбонільної групи розміщена аміногрупа, тим активніша дана амінокислота в реакції Майєра.

Реакції Майєра може бути небажаною для деяких технологічних процесів і продуктів, які при цьому виробляються. Перебіг цієї реакції можна інгібувати рядом факторів:

· значним зменшенням вологості (для сухих продуктів), зниженням концентрації сахарів (розведенням);

· зниженням рН, температури (для рідких продуктів);

· виключенням із процесу одного із компонентів, частіше сахар;

· використання сульфітації. Оксид сірки SО₂ призупинення. Реакцію потемніння харчових продуктів, але сульфітація обмежується можливістю утворення у харчових продуктах малотоксичних компонентів.

Процес меланоїдиноутворення має як позитивний так і негативний вплив на якість харчових продуктів, що необхідно враховувати в різних технологіях при виробництві різних харчових продуктів.

· В залежності від виду продукту утворення меланоїдинових пігментів та розвиток запаху може бути бажаним або небажаним.

· Може мати місце втрата незамінних амінокислот, особливо лімітуючи, що веде до зменшення харчової цінності.

· Проміжні продукти реакції Майєра мають антиоксидантну активність і стримують окиснення жирних кислот, що позитивно впливає на якість в процесі зберігання харчових продуктів.

· Утворення продуктів реакції Майєра не лише веде до втрат амінокислот, а і погіршує біологічну активність білків.

В цілому продукти реакції карамелізації і меланоїдиноутворення та супутні їм ароматичні речовини мають велике значення для покращання кольору та аромату харчових продуктів (хліба, кондитерських виробів, молочних, безалкогольних та пива).

Реакції мелаїдиноутворення мають важливе значення у процесах переробки харчової сировини і впливають на якість готових продуктів. Особливо інтенсивно такі процеси відбуваються при високих температурах, наприклад, при випіканні хліба, сушці овочів, фруктів, одержанні сухого молока тощо. Утворення смачної, хрусткої, золотисто-коричневої скоринки хліба, зовнішній вигляд, смак і запах готових м'ясних продуктів пов'язані з мелаїдиноутворенням.

З мелаїдиноутворенням пов'язане потемніння сиропу під час його упарювання, зниження виходу спирту під час переробки кукурудзи низької якості, формування кольору і аромату під час «томління» червоного солоду і затору у пивоварінні. Продукти, які утворюються під час одержання вина, виготовленні коньяку та шампанського в результаті процесу мелаїдиноутворення, впливають на колір, смак і аромат напоїв. В результаті дуже тривалого протікання процесів мелаїдиноутворення під час довготривалої витримки вина останнє втрачає свої первинні органолептичні властивості. З реакціями мелаїдиноутворення пов'язане потемніння фруктових соків під час зберігання, зовнішній вигляд, смак і запах готових м'ясних продуктів.

Під час мелаїдиноутворення можуть зв'язуватися до 25% білків, вітамінів, амінокислот, знижується активність ферментів і багатьох біологічно активних сполук, тим самим знижується харчова цінність готових продуктів.

Нагрівання моносахаридів і дисахаридів до 100°С і вище приводить до змін їх хімічного складу, стає яскравішим колір продуктів, збільшується кількість редуційованих речовин. У харчовому виробництві важливе місце займає карамелізація сахарози, глюкози та фруктози. Основний вуглеводний компонент кондитерських виробів – сахароза, при нагріванні в ході технологічного процесу у слабкокислому або нейтральному середовищі підлягає частковій інверсії з утворенням глюкози та фруктози, які далі також підлягають перетворенню. При відщепленні двох молекул води від сахарози утворюється карамелан (розчинна у воді сполука жовтого кольору), при відщепленні трьох молекул води – карамелей (має яскраво-коричневий колір) і потім – карамелин (важко розчинна у воді сполука). Ступінь полімеризації утворених продуктів може бути різним. Схематично процес перетворень вуглеводів при нагріванні можна записати так:

nС₁₂Н₂₂О₁₁ 2nС₆Н₁₂0₆ 2nС₆Н₁₀О₅

Дисахариди Моносахариди Ангідриди

моносахаридів

продукти конденсації (реверсії)

Оксиметилфурфурол

Забарвлені і гумінові речовини

Левулинова кислота

та

НСООН

Мурашина кислота

Основний вуглеводний компонент кондитерських виробів – сахароза, під час нагрівання у технологічному потоці у слабо кислому і нейтральному середовищі частково гідролізується з утворенням глюкози і фруктози. Далі утворюється суміш складних продуктів: карамелана, карамелена та інших сполук. Ступінь полімеризації утворених продуктів може бути різною.

Під час виготовлення кондитерських виробів, наприклад карамелі, під дією високої температури відбуваються перетворення концентрованих розчинів вуглеводів (із масовою часткою до 80%), тому основними продуктами карамелізації є ангідриди і продукти їх конденсації.

1,6-Ангідро- 1,4; 3,6-Диангідро- Левоглюкозенон

b-D-глюкопіраноза D-глюкопіраноза

Під час їх взаємодії з металами і амінокислотами утворюються різні складні за складом сполуки, які погіршують якість, підсилюють забарвлення і гігроскопічність готових продуктів.

Поиск по сайту: