Углеводы при хранении пищевого сырья, его переработке в ротовые продукты претерпевают разнообразные и сложные превращения. Они зависят от состава углеводного комплекса, условий (влажность, температура, рН среды), наличия ферментов, присутствия в перерабатываемых продуктах других компонентов, взаимодействующих с углеводами (белки, липиды, органические кислоты и т. д.).
Из этих превращений необходимо в первую очередь отметить кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов, брожение моноз, меланоидинообразование и карамелизацию.
Процессы гидролиза ди- и полисахаридов, а также брожение моноз уже рассматривали и еще раз вернемся к ним при описании химизма конкретных технологий. В этом разделе рассмотрим процессы меланоидинообразования и карамелизации.
Меланоидинообразование
Под меланоидинообразованием понимают взаимодействие восстанавливающих Сахаров (монозы и восстанавливающие дисахариды как содержащиеся в продукте, так и образующиеся при гидролизе более сложных углеводов) с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию темно-окрашенных продуктов – меланоидннов (от греч. меланос – темный). Этот процесс получил одновременно название реакции Майяра, по имени ученого, который в 1912 г. впервые его описал.
Характерные ее признаки – потемнение продукта в результате образования трудно- или нерастворимых в воде темно-окрашенных соединений, снижение содержания редуцирующих Сахаров и азота аминных групп, появление ароматообразующих веществ. Меланоидинообразование – окислительно-восстановительный процесс, который представляет собой совокупность последовательно и параллельно идущих реакций. Механизм его сложен, реакция сопровождается образованием большого числа промежуточных продуктов, которые на следующих этапах взаимодействуют между собой и с исходными веществами. Скорость и глубина меланоидинообразования зависит от состава взаимодействующих продуктов, соотношения отдельных компонентов, рН среды, температуры, влажности.
Наиболее интенсивно меланоидинообразование протекает в нейтральной и щелочной средах, легче проходит в концентрированных растворах, тормозится NaHSOa, H2SO4, Н2О2 и некоторыми другими соединениями. Образующиеся в ходе меланоидинооб-разования из аминокислот и Сахаров карбонилсодержащие соединения (фурфурол, оксиметилфурфурол, ацетальдегид, изовале-риановый альдегид, диацетил и др.) принимают участие в формировании аромата и в какой-то степени вкуса готовых продуктов.
Реакция меланоидинообразования играет большую роль в процессах, происходящих при переработке пищевого сырья, и существенно влияет на качество готовых продуктов. Особенно интенсивно идут эти процессы при повышенных температурах (выпечка хлеба, сушка овощей, фруктов, получение сухого молока и т. д.). Так, с меланоидинообразованием связано потемнение сахарного сиропа при его упаривании, снижении выхода спирта при переработке кукурузы низкого качества, образование цвета и аромата при «томлении» красного солода и затора в пивоварении. Образование вкусной, хрустящей, золотисто-коричневой корочки хлеба, его вкус и аромат также во многом связаны с меланоидинообразованием, протекающим главным образом при его выпечке. Продукты, образующиеся при получении вина, изготовлении коньяка и шампанского в результате процесса меланоидинообразования, влияют на их цвет, вкус и аромат. Глубоко зашедшая реакция меланоидинообразования при длительной выдержке вина – одна из причин изменения его первоначальных органолептических свойств.
С реакциями меланоидинообразования связано потемнение фруктовых соков при хранении, внешний вид, вкус и запах готовых мясных продуктов. При меланоидинообразовании может связываться до 25 % белков, витаминов, аминокислот, снижается активность ферментов и многих биологически активных соединений, тем самым снижается пищевая ценность получаемых продуктов.
Карамелизация Сахаров
Нагревание моно- и дисахаров при температуре 100 °С и выше приводит к изменению их химического состава, повышается цветность продуктов, увеличивается содержание редуцированных веществ. Глубина этих процессов, а следовательно, и состав образующихся веществ зависит от состава Сахаров, их концентрации, степени и продолжительности теплового воздействия, рН среды, присутствия примесей. В пищевой промышленности особое значение имеет карамелизация сахарозы, глюкозы и фруктозы.
Особенно чувствительна к нагреванию фруктоза, поэтому карамелизация ее протекает в 6-7 раз быстрее, чем глюкозы. Основной углеводный компонент кондитерских изделий – сахароза, при нагревании в ходе технологического’ процесса в слабокислой или нейтральной среде подвергайся частичной инверсии с образованием глюкозы и фруктозы, которое претерпевают дальнейшие превращения.
Например, от молекулы глюкозы может отщепиться одна или две молекулы воды (дегидратация), а образовавшиеся продукты соединиться друг с другом или с молекулой сахарозы, или может отщепиться три молекулы воды с образованием оксиметилфурфурола, дальнейшие превращения которого сопровождаются разрушением углеродного скелета и образованием разнообразных продуктов деструкции (муравьиная, левулиновая кислоты). При отщеплении двух молекул воды от сахарозы образуется карамелан QjHigOi) – растворимое в воде соединение желтого цвета, при отщеплении трех – карамелей С36Н50О25, имеющий ярко-коричневый цвет, затем – карамелин, трудно растворимое в воде соединен ие. Степень полимеризации образовавшихся продуктов может быть различной. Если концентрация углеводов невелика (10-30 %), то легче протекает образование оксиметилфурфурола, при повышенных концентрациях (70-80 %) активней идут процессы конденсации.
При изготовлении кондитерских изделий, например карамели, температуре воздействия подвергаются высококонцентрированные растворы Сахаров (до 80 %), поэтому основными продуктами карамелмзации являются ангидриды и продукты их конденсации. При ил: взаимодействии с металлами и Аминокислотами образуются разнообразные и сложные по составу соединения, которые ухудшают качество, повышают цветность и гигроскопичность готовых продуктов.
