2. Зміни вуглеводів при виготовленні харчових продуктів

В харчових продуктах містяться різні вуглеводи: прості моносахариди, дисахариди, крохмаль, клітковина та інші.

При нагріванні крохмалю в присутності води (або її пари) проходить його клейстеризація, яка полягає в руйнуванні структури крохмальних зерен та їх набуханні.

Сухе нагрівання вище 120 С приводить до декстринізація крохмалю, котра полягає в розщепленні крохмальних полісахаридів і перетворенні їх в розчинні у воді високомолекулярні речовини – піродекстрини та ряд летких речовин.

Нагрівання крохмалю з водою у кислому середовищі (кислотний гідроліз) або в присутності ферментів – амілаз приводить до його гідролізу і полягає в розпаді крохмальних полісахаридів з приєднанням води.

Прості цукри, у тому числі й продукти гідролізу крохмалю, при нагріванні можуть гідролізуватися, карамелізуватися, вступати в реакції меланоідіноутворення.

Дисахариди, гідролізуючись, приєднують воду і перетворюються у прості цукри. Гідроліз проходить під дією ферментів або при нагріванні у кислому середовищі. Якщо цукри нагрівати до температури вище плавлення, то вони втрачають воду і карамелізуються.

В результаті карамелізації утворюються ангідриди, які одночасно полімеризуються, розпадаються, утворюючи різні речовини, у тому числі і альдегіди (фурфурол, пировиноградний альдегід та інші). Вони, в свою чергу, полімеризуються, конденсуються з утворенням темнозабарвлених сполук – карамелана, карамеліна та інших.

Редуковані цукри через наявність карбонільної групи при нагріванні легко вступають в реакції з амінокислотами, а також білками та пептидами, які містять вільні аміногрупи. Кінцевими продуктами цих реакцій є меланоїдіни – речовини змінного складу і будови, що мають колір від жовтого до темнокоричневого.

Активність цукрів в реакціях з амінокислотами та інтенсивність потемніння залежить від температури, рН середовища, концентрації сухих речовин у розчині, природи компонентів, що реагують, та інших факторів. Найбільше забарвлення викликає гліцин, слабше – аланін та аспарагін і найменше – цистин та тирозин. На реакційну здатність амінокислот впливає віддаленість аміногруп від карбоксильної групи в молекулі, довжина ланцюга амінокислоти. З підвищенням вмісту атомів вуглецю з 2 до 4 інтенсивність забарвлення розчинів глюкози збільшується, в присутності амінокислот з довшим ланцюгом – зменшується.

Із цукрів взаємодіють з амінокислотами тільки відновлювальні цукри. Найактивніше реагують ксилоза, арабіноза, за ними йдуть глюкоза, галактоза і фруктоза.

Реакції меланоїдиноутворення протікають навіть коли відношення амінокислот до цукрів складає 1:300. Інтенсивність меланоїдиноутворення підсилюється, коли відношення амінокислот до цукрів складає 1:2 або 1:3. При підвищенні концентрації цукру ступінь потемніння зростає до загальної концентрації сухих речовин 60 – 70 %, а потім швидкість реакцій знову сповільнюється через збільшення в’язкості реакційної суміші.

Інтенсивність меланоїдиноутворення підвищується при збільшенні рН. При рН3 меланоїдиноутворення проявляється слабо, але при нагріванні воно прискорюється навіть в таких середовищах.

З підвищенням температури швидкість реакції значно зростає. При високих температурах легко утворюються темнозабарвлені меланоїдини, що володіють гірким смаком і неприємним запахом.

До інших факторів, що впливають на інтенсивність реакції меланоїдиноутворення, відносяться: наявність кисню повітря, наявність металів змінної валентності, карбонільних сполук (продуктів окислення жирів), вологість середовища тощо.

Існують різні точки зору стосовно присутності води в реакційному середовищі при меланоїдиновій реакції. Одні дослідники вважають присутність води обов’язковою умовою для здійснення реакції, інші стверджують, що чим менше води, тим краще йде реакція.

Окрім вільних амінокислот з редукованими цукрами можуть реагувати білки, пептиди, аміни, амоній та інші азотмісткі речовини. Чим більше в білку вільних аміногруп, тим активніше він бере участь в реакції меланоїдиноутворення.

В процесі реакції в значних кількостях утворюються фурфурол, аміак, двоокис вуглецю та альдегіди. Тому меланоїдини є продуктами не тільки простої конденсації амінокислот з цукрами, а речовинами взаємодії пептонів і амінокислот з фурфуролом та іншими альдегідами.

Реакція утворення меланоїдинів проходить досить інтенсивно при взаємодії цукру з ди- і трипептидами і зростає в присутності молочної кислоти, а також при підвищенні лужності розчину.

По Ходжу, реакція меланоїдиноутворення включає сім основних типів реакцій, які проходять послідовно або паралельно. За розвитком забарвлення їх ділять на 3 стадії, що протікають послідовно:

Початкова стадія (утворюються речовини, які не поглинають світла в УФ-області спектру). До неї відносяться: сахароамінна конденсація; перегрупування Амадорі.

Проміжна стадія (утворюються речовини, що володіють сильним поглинанням в УФ-світлі). До неї відносяться: дегідратація цукрів; розпад цукрів; розпад амінокислот.

Кінцева стадія: альдольна конденсація; альдегідамінна полімеризація, утворення гетероциклічних азотистих сполук.

Важливим компонентом рослинних клітин є пектинові речовини: пектинова та пектова кислоти, пектин і протопектин.

Нагрівання руйнує водневі зв’язки в молекулі протопектину і може викликати його деметилювання. В залежності від властивостей вихідного протопектину і умов теплової обробки отримують пектини, що містять полігалактуронові кислоти, різні за ступенем полімеризації і вмістом метоксильних груп.

Розщеплення протопектину веде до зменшення міцності серединних пластин, внаслідок чого послаблюється зв’язок між клітинами паренхімної тканини та змінюється консистенція продукту.