Курсовая работа по дисциплине «Теоретические основы товароведения и экспертизы»

6. Изменения углеводов при технологической обработки сырья и продуктов

При технологической обработке крахмалосодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию и клейстеризации. Кроме того, в нем могут протекать процессы деструкции.

Интенсивность всех этих процессов зависит от происхождения и свойств самого крахмала, а также от технологических факторов: температуры и продолжительности нагревания, соотношения крахмала и воды, вида и активности ферментов.
При производстве из сырья готовой продукции пищевые вещества претерпевают ряд существенных изменений, в результате которых формируются новые свойства готовой продукции.
Гидролиз сахаров.
В водных растворах дисахариды под действием кислот или в присутствии ферментов распадаются на составляющие их сахара. В водных растворах под действием кислот сахароза присоединяют молекулу воды и расщепляются на фруктозу и глюкозу. Ион водорода кислоты действует при этом как катализатор. Полученная смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром, а процесс его получения - инверсией. Степень инверсии сахарозы зависит от температуры, продолжительности тепловой обработки, вида и концентрации содержащейся в растворе кислоты и концентрации сахарозы. При увеличении температуры, увеличении продолжительности обработки и понижении рН среды скорость инверсии сахарозы значительно увеличивается. Наибольшей инверсионной способностью обладает щавелевая кислота, наименьшей (в 45 раз меньше) - уксусной.
При приготовлении сахарных сиропов высокой концентрации в присутствии фермента инвертозы из сахарозы образуются глюкоза, фруктоза и продукт соединения фруктозы с сахарозой - кестоза. Сироп, приготовленный в результате кислотного гидролиза сахарозы, засахаривается быстрее, чем сироп, приготовленный с инвертозой. Кислотный гидролиз сахарозы происходит при варке компотов, варенья, джемов, повидла, уваривании сахарного сиропа с кислотой. Образующийся инвертный сахар усиливает сладость этих изделий и предохраняет от засахаривания.
Карамелизация сахаров.
При хранении отдельных продуктов питания а также при нагревании сахаров при температуре, превышающих 100˚С в слабокислой и нейтральных средах происходит образование сложной смеси продуктов, состав и свойства которых зависят от температуры, продолжительности нагревания, условий нагревания, вида и концентрации сахара, рН среды, присутствия примесей. Этот процесс называется карамелизацией сахаров и в ее результате могут образовываться ангидриды сахаров, оксилитилфурфурол окрашенные (гуминовые) вещества, кислые и другие продукты.
При нагревании глюкозы происходит дегидратация сахара - отщепление одной, 2-х или 3-х молекул воды, взаимодействие продуктов распада между собой и другие сложные превращения, в результате чего образуются ОМФ, муравьиная, левулиновая кислоты продукты конденсации. Из фруктозы образуется молочная кислота. При отщеплении от молекул сахарозы различного количества воды образуются карамелан, карамелен, карамелин, имеющие различную растворимость, цвет, вкус. Продукты карамелизации сахарозы называются жженым сахаром. При нагревании мальтозы, лактозы до высоких температур происходит образование веществ, влияющих на образование аромата - мальтола, усиливающего сладкий вкус, и других веществ - оксилитилфурфурола, изомальтола и так далее.
Меланоидинообразование.
МИО (меланоидинообразование) - реакция взаимодействия альдегидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, аминокислот с образованием различных карбомильных соединений и темноокрашенных продуктов - меланоидинов.
Реакция протекает в несколько стадий, в результате чего образуются сложные соединения имеющие аромат и цвет. На конечной стадии меланоидинообразования наблюдается сложное сочетание различных реакций полимеризации, приводящих к образованию как растворимых, так и нерастворимых красящих веществ. На реакцию МИО влияют различные факторы: температура, рН среды, концентрация реагирующих компонентов, присутствие О₂ и ионов металла, природа углеводов и аминокислот. При невысоких температурах реакция протекает медленно, при температурах, близких к 100˚С и выше - ускоряется. С увеличением температуры возрастает накопление красящих веществ, при этом своего максимума они достигают при температуре выше 140˚С.
Продукты МИО оказывают различное влияние на органолептические показатели: заметно улучшается качество жареных и тушеных изделий, но ухудшается вкус, цвет, запах бульонных кубиков, мясных экстрактов и других концентратов. Реакция МИО обуславливает аромат сыра, свежевыпеченного хлеба, обжаренных орехов.
Следствием МИО является нежелательное потемнение соков, джемов, желе, сухих фруктов и овощей в процессе их приготовления, изменение их аромата и вкуса, и некоторые потери аминокислот и сахаров.
Изменение крахмала.
При технологической обработке крахмалосодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию, клейстеризации, деструкции. Нативный крахмал практически нерастворим в воде, вследствие гидрофильности он может адсорбцировать до 30% влаги к собственному весу. При нагревании водной суспензии крахмальных зерен до 55˚С происходит медленное поглощение ими воды (до 50%) и частичное набухание. При этом повышении вязкости не наблюдается, после охлаждения и сушки крахмал оказывается почти неизменным.
При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температуры от 60 до 100˚С) набухание крахмальных зерен ускоряется, они увеличиваются в объеме. Этот процесс набухания необратим, часть крахмальных ПСХ растворяется и они переходят в окружающую среду. Крахмальное зерно увеличивается в размерах в несколько раз, разрушается его кристаллическая структура. Этот процесс называется клейстеризацией крахмала и происходит в интервале температур 55-80˚С, при этом резко увеличивается вязкость суспензии. При длительном нагревании крахмального клейстера при температуре более 80˚С происходит распад крахмальных зерен и ПСХ, снижается вязкость клейстера.
Под деструкцией крахмала понимают как разрушение крахмального зерна, так и деполимеризацию содержащихся в нем крахмальных псх.
Деструкция крахмала происходит при нагревании его в присутствии воды и при сухом нагреве при температуре большее 100˚С, а также может подвергаться деструкции под действием аминолитических ферментов.
Изменение крахмала при сухом нагреве называется декстринизацией. При дестринизации крахмала происходит деполимеризация крахмальных псх и образование пиродекстринов - псх с более короткими цепями. В результате этого способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации снижается.
При приготовлении сухих завтраков обрабатывают продукты под давлением 1,2 Мпа, температура 200˚С. В связи с этим крахмал почти полностью теряет способность к набуханию и клейстеризации, а взорванные зерна злаков легко растворяются в холодной воде. Ферментативная деструкция крахмала имеет место при брожении и выпечке теста.
Амилолитические ферменты содержатся в муке, дрожжах, специальных препаратах, добавляемых в тесто для брожения. Ферментативная деструкция крахмала продолжается и при выпечки изделий, особенно на начальной стадии до момента инактивации фермента. При повышенной активности -амилазы образуются продукты деструкции, ухудшающие качество изделий из теста, так как низкомолекулярные крахмальные псх имеют пониженную способность связывать воду и мякиш изделий получается липким, а сами изделия кажутся непропеченными.
Брожение.
Наиболее распространенным способом разрыхления теста для изделий из муки является биологический способ - брожение, вызываемое дрожжами. Через ряд промежуточных превращений крахмала и сахаров муки в результате жизнедеятельности дрожжей в тесте образуются спирт и углекислый газ.
Брожение теста делят на два этапа: от замеса до разделки (созревание теста, накопление в нем вкусовых и ароматических веществ, оптимальное изменение физических свойств) и от начала разделки до определенного этапа выпечки (углекислый газ, образующийся при этом этапе, разрыхляет при выпечки тестовые заготовки).
Спиртовое брожение вызывается комплексом ферментов брожения дрожжей (альдолаза, изомераза, фосфорилаза, дегидогеназа, мальтоза, сахароза), имеющих температуру оптимум 28-30˚С. Собственные сахара муки сбраживаются и могут играть существенную роль только на начальном этапе брожения теста. Уже через несколько минут после замеса теста собственные сахара муки и даже сахароза, внесенная по рецептуре, разлагается на простые сахара и сбраживаются, в дальнейшем спиртовое брожение в тесте протекает за счет мальтозы, образующейся из крахмала и декстринов муки в результате амилолиза.
Спиртовое брожение в пшеничном тесте является преобладающим, но одновременно с ним протекает молочно-кислое брожение (молочно-кислые бактерии попадают с мукой, дрожжами из воздуха). Гомоферментативные (истинные) молочно-кислые бактерии образуют только молочную кислоту. Гетероферментативные (неистинные) бактерии образуют не только молочную, но и 25-30% других кислот (уксусную, щавелевую, муравьиную), а также углекислый газ. При выпечки изделий процессы брожения, вызываемые дрожжами, достигают максимума при температуре 35˚С, при более высокой температуре до 40˚С процессы достаточно интенсивны, а при температуре более 45˚С брожение резко замедляется. Оптимум действия молочно-кислых бактерий находится в интервале 40-54˚С. По мере прогревания изделий в процессе выпечки действие микрофибры замедляется и процесс брожения прекращается. Крахмальные зерна в тесте уже при температуре 40˚С начинают набухать, а по достижении температуры 55˚С они клейстеризуются, связывают влагу теста. Уменьшение содержания в тесте свободной воды приводит к образованию сухого эластичного мякиша. Свойства корки определяется реакциями меланоидинообразования, частичной карамелизацией сахаров и термической деструкцией крахмала.
Изменение ПСХ клеточных стенок.
Подвергнутые тепловой обработке овощи и плоды приобретают более мягкую консистенцию, легче раскусываются, разрезаются протираются. Размягчение овощей и плодов обусловлено частичной деструкцией ПСХ клеточных стенок, однако клеточные стенки не разрушаются.
В процессе тепловой обработки глубоким изменениям подвергаются не целлюлозные ПСХ, ГМЦ и ПП. Целлюлоза при тепловой обработке плодов и овощей практически не разрушается, она лишь набухает, поглощая определенное количество воды. После охлаждения целлюлоза частично восстанавливает свою структуру и выделяет поглощенную при набухании воду. ПВ в процессе тепловой обработки изменяют сл:
1) происходит делитоксилирование ПВ, что особенно характерно для обработки в щелочной среде
2) происходит распад водородных связей и солевых мостиков, в структуре ПП
3) происходит гидролиз гликозидных связей и снижение молекулярной массы.
Особенности мекализма деструкции ПВ зависят от степени метоксилирования. В процессе деструкции ПВ образуется значительное количество растворимых веществ.
Деструкция ГМЦ начинается при более высоких температурах, чем деструкция ПП - от 70 до 80˚С, при более высоких температурах этот процесс усиливается образуется значительное количество растворимых веществ за счет разрушения химических связей.
На скорость размягчения плодов и овощей влияют технологические факторы:

• 
  Время обработки плодов и овощей в СВЧ аппаратах по сравнению с варкой меньше в 3-10 раз.
  
• 
  С повышением температуры степень деструкции ПП, ГМЦ возрастают и овощи быстрее размягчаются.
  
• 
  Щелочная среда способствует размягчению овощей и плодов при температурной обработке так как вызывает демитоксилирование и деколимериз ПВ, а также в щелочной среде легче растворяются ГМЦ. Однако применение щелочной среды должно быть ограничено так как в ней хорошо разрушаются витамины.
  
• 
  Кислая среда, как правило, приводит к увеличению сроков обработки плодов и овощей и уплотнению их консистенции (уксусная, лимонная, молочная кислоты). Однако при сильном подкислении среды быстрее происходит гидролиз гликорядных связей и протопектин разрушается быстрее, что приводит к ускорению размягчения овощей, что практически не применяется в пищевой промышленности.
  
• 
  Длительное хранение в воде очищенных плодов и овощей может привести для их отдельных видов к ухудшению развариваемости поверхностных слоев.
  
• 
  Жесткая вода замедляет процесс размягчения овощей, так как замедляется распад связей (солевых мостиков) в ПП.
  
• 
  На продолжительность тепловой обработки влияет также строение самого продукта и неодинаковая термоустойчивость клеточных стенок в плодах и овощах различных видов (свекла варится дольше моркови).
  

Модификация крахмала.
Крахмал весьма чувствителен к воздействию внешних факторов. Крахмалы, свойства которых изменяются в результате специальной обработки, называются модифицированными. При этом изменяется их гидрофильность, способность к клейстеризации, студнеобразованию, а также механические характеристики студней. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, другие ограничивают набухание. Модифицированные крахмалы делятся на две группы:
1) расщепленные крахмалы, при обработке которых происходят расщепления полисахаридных цепей;
2) замещенные крахмалы, свойства которых изменяются в основном в результате присоединения химических радикалов или совместной полимеризации с другими высокомолекулярными соединениями.
Расщепленные крахмалы приготавливают путем термического, механического воздействия, обработкой полисахаридов кислотой, окислителями, некоторыми солями, электронами, ультразвуком, вызывающими расщепления полисахаридных цепей. Вследствие этого происходит направленное разрушение связей, появляются новые карбонильные группы, возникают внутри- и межмолекулярные связи. При этом зернистая форма крахмала либо остается неизменной, либо полностью разрушается с образованием вторичной структуры, например, при клейстеризации и высушивании крахмалов на вальцевых сушилках.
Примером действия механической обработки может служить сухое расщепление крахмала вибрационным помолом, при котором наряду с механическим измельчением крахмальных зерен происходит процесс деструкции молекул крахмала. Кислотная модификация крахмала - обработка картофельного или кукурузного крахмала в виде суспензии кислотой при температуре, близкой к температуре клейстеризации. Происходит деструкция крахмала, в результате которой уменьшаются вязкость и набухаемость, увеличивается растворимость. Такой крахмал сохраняет свои студнеобразующие свойства.
Клейстеры расщепленных крахмалов имеют, как правило, пониженную вязкость, более высокую прозрачность, повышенную стабильность при хранении. Расщепленные крахмалы используются при производстве охлажденной и замороженной кулинарной продукции, для производства желейных конфет и пудингов. Глюкозные остатки, из которых построены полисахаридные цепи крахмала, содержат ряд реакционно-способных групп - концевые редуцирующие, спиртовые и т.д. Способность этих групп вступать в реакции замещения с различными органическими и неорганическими соединениями используют в промышленности при производстве ряда модифицированных крахмалов, относящихся к группе замещенных крахмалов - простых и сложных эфиров. Примером могут служить крахмалофосфаты.
Обработку крахмала ведут нагревая сухую смесь крахмала и водорастворимой фосфатной соли. Можно получить моноэфир, а можно и сшитый поперечными связями крахмал.
Для моноэфиров характерна высокая вязкость, прозрачность. Клейстер устойчив к ретроградации, из него можно приготовить замороженную продукцию. Поперечно связанный крахмал устойчив к термическому воздействию, используется для салатных приправ. Модифицированный крахмал применяют при изготовлении желейных изделий, мучных кондитерский изделий, отделочных полуфабрикатов типа кремов, в качестве загустителей, стабилизаторов для соусов, мороженого. При приготовлении сладких блюд - кремов и холодных пудингов - находят применение набухающий и жидкокипящий крахмалы. Первый получают клейстеризуя, а затем высушивая картофельный крахмал. После такой обработки он образует с холодной водой или молоком прочные и нежные гели, такие же гели получают при охлаждении клейстера пудингового крахмала, который, как уже говорилось, получают, обрабатывая крахмал слабыми растворами кислот.
Крахмалопродукт со структурой, подобно образующейся при выпечке хлеба, получают в результате нескольких циклов замораживания и оттаивания крахмальной дисперсии, при этом образуется пористый крахмал, нерастворимый в холодной воде. Применяют его после пропитывания сиропами в качестве начинки для конфет.

7. Методы определения углеводов в пищевых продуктах

Для определения моно- и олигосахаридов используют их восстанавливающую способность. Сначала углеводы извлекают из пищевых продуктов 80 % этиловым спиртом. Спиртовые экстракты упаривают под вакуумом, разбавляют горячей водой и фильтруют. При анализе продуктов, относительно богатых белками и фенольными соединениями фильтрат дополнительно обрабатывают нейтральным раствором ацетата свинца, избыток которого удаляют сульфатом, фосфатом или оксалатом натрия. Осадок отфильтровывают, а в фильтрате определяют восстанавливающие (редуцирующие) сахара с использованием фелинговой жидкости или иодометрически. Для определения сахарозы (вместе с редуцирующими сахарами) ее необходимо предварительно гидролизовать.

Определение крахмала основано, как правила, на определении полученной при гидролизе глюкозы химическими методами или на способности полученных растворов вращать плоскость поляризации. Для определения крахмала необходимо предварительно освободиться от моно- и олигосахаридов экстракцией 80% этанолом. Затем проводят извлечение крахмала из продукта каким-либо способом (например, растворением сначала в холодной, потом в горячей воде) и освобождаются от белков путем обработки раствора фосфорно-вольфрамовой кислотой, ацетатом цинка, гексацианоферратом (III) калия или другими белковыми осадителями. Определение крахмала проводят, как правило, путем определения глюкозы после ферментативного или кислотного гидролиза. Для расчета используют соответствующие коэффициенты. Можно применять метод поляриметрии.
Для определения декстринов их извлекают теплой (40˚С) водой и осаждают этанолом, проводят гидролиз и определяют глюкозу. Для расчета используют соответствующие коэффициенты. Можно использовать метод спектрофотометрии, измеряя интенсивность окраски йодкрахмального комплекса.
Общее содержание пищевых волокон (лигнин + неусваиваемые углеводы) обычно определяют гравиметрическим методом. Анализ заключается в использовании фракционирования – сначала гидролизуют крахмал и белки при помощи ферментов, имитирующих расщепление их в желудочно-кишечном тракте человека (амилаза, пепсин, панкреатин), растворимые пищевые волокна осаждают спиртом, фильтруют, осадок взвешивают.
Определение основано на извлечении пектина (растворимого пектина и протопектина) из пищевого продукта, осаждении и взвешивании. Для извлечения растворимого пектина применяют экстракцию холодной водой с последующим кипячением. Для извлечения протопектина применяют кипячение с соляной кислотой после извлечения растворимого пектина. Для продуктов, богатых крахмалов, применяют специальные приемы для его отделения. Для осаждения пектина проводят реакцию с хлоридом кальция.
Гемицеллюлозы гидролизуются труднее, чем пектин, их определяют после удаления пектинов. Определение гемицеллюлоз основано на определении восстанавливающих сахаров, полученных при кислотном или щелочном гидролизе. Для расчета используют соответствующие коэффициенты.
Метод определения клетчатки основан на проведении гидролиза легкорастворимых углеводов и получении негидролизуемого остатка, который взвешивают.

Литература

1. 
   Елисеева, Л.Г. Товароведение однородных групп продовольственных товаров/ Л.Г. Елисеева, Т.Г. Родина, А.В. Рыжакова – М.: «Дашков и К», 2014
   
2. 
   Еремеева, Н.В. Физико-химические методы исследования: Учебник для бакалавров/ Н.В. Еремеева, В.И. Криштафович, Д.В. Криштафович – М.: «Дашков и К», 2015
   
3. 
   Калачев, С.Л. Теоретические основы товароведения и экспертизы/ С. Л. Калачев – М.: «Дашков и К», 2015
   

4. Райкова, Е.Ю. Теоретические основы товароведения и экспертизы/ Е.Ю. Райкова – М.: «Дашков и К», 2015