2.1Изменения белков, жиров и углеводов, происходящие при тепловой, кулинарной обработке продуктов

Белки природных продуктов называют нативными (натуральными). Под воздействием различных факторов происходит изменение белков (денатурация). При кулинарной обработке денатурацию белков вызывает чаще всего нагревание. Процесс этот в глобулярных и фибриллярных белках происходит по-разному. В глобулярных белках при нагревании усиливается тепловое движение полипептидных цепей внутри глобулы, водородные связи, которые удерживали их в определенном положении, разрываются и полипептидная цепь развертывается, а затем сворачивается поновому (рис. 26). Такое изменение структуры в корне меняет и свойства белков: уменьшается число полярных групп на поверхности, уменьшается или пропадает заряд частицы, резко уменьшается способность к гидратации. В результате денатурации белки теряют устойчивость (молекулы их слипаются, уплотняются, белок свертывается), окраску, ферментативную устойчивость, способность растворяться.

Свертывание белков в результате денатурации бывает двух видов. Если концентрация белка была низкая (до 1%), то свернувшийся белок образует хлопья (пена на поверхности бульонов). Если концентрация белка была высокой, то образуется студень и влага не отделяется (белки яйца).

При большой концентрации некоторые глобулярные белки образуют гель (студни) и в нативном состоянии, т.е. до денатурации. При денатурации такие студни уплотняются и часть жидкости, заключенной в них, отделяется. Это имеет место при тепловой обработке мяса, рыбы.

Денатурацию может вызвать не только нагревание, но и ряд других причин: действие солей тяжелых металлов, дубильных веществ; взбивание и др.

При взбивании образуется пена с очень тонкими прослойками жидкости между пузырьками воздуха. Поверхность жидкости при этом сильно увеличивается. На поверхности всякой жидкости действуют силы поверхностного натяжения. Они способны механически развернуть полипептидные цепи в молекуле, изменить их конфигурацию и вызвать этим денатурацию.

Например, при взбивании яичных белков в поверхностом слое денатурирует белок овомукоид, тормозящий действие трепсина, и усвояемость белков повышается иначе проходит денатурация фибриллярных белков. У них при денатурации сокращается длина волокон, и они распадаются на отдельные полипептидные цепи.

Белки оболо­чек мышечных волокон (сарколемма) очень устойчивы, и даже при длительном нагревании при температуре 120°С структура их не на­рушается. Поэтому после тепловой обработки мышечные волокна сохраняются и разваренное мясо можно разобрать на пучки или отдельные мышечные волокна.

Белки саркоплазмы, находящиеся в растворе, денатурируют и образуют сплошной гель (студень), так как концентрация их вели­ка. Процесс этот начинается уже при температуре 30-35°С, а при температуре 65°С денатурирует около 90% всех белков саркоплазмы.

Белки миофибрилл, находящиеся в виде геля, при нагревании уплотняются и от их студня отделяется значительная часть воды вместе с растворимыми в ней веществами. Часть этой влаги пере ходит в пространство между волокнами. В результате этого диаметр мышечных волокон уменьшается, они делаются плотнее и усилие, необходимое для их разрезания, возрастает.

Коллагеновые волокна соединительной ткани при денатурации сокращаются в длину почти на 50%. Процесс этот называется свариванием коллагена. В результате уменьшаются геометрические размеры кусков мйса и вода вместе с растворимыми в ней веществами выпрессовывается из мяса во внешнюю среду (бульон) или выделяется в виде сока («сочка»). Это приводит к изменению массы полуфабрикатов.

При дальнейшем нагревании коллагеновые волокна набухают, распадаются на отдельные полипептидные цепи, из которых волокна состояли, и образуется глютин или желатин. Желатин в отличие от коллагена растворим в горячей воде. Поэтому связь между мышечными волокнами и их пучками ослабляется и мясо размягчается. При набухании коллагеновых волокон они поглощают часть влаги, выделяемой мышечными волокнами, но не полностью.

Скорость перехода коллагена в глютин (желатин) зависит от температуры: чем она выше, тем этот процесс идет быстрее. Осо­бенно быстро он проходит при температуре 100°С и выше.

Значительно ускоряется переход коллагена в глютин в присутствии кислот. На этом основаны маринование мяса перед жаркой и тушение его с кислыми соусами.

Растворы, содержащие более 1% желатина, при охлаждении образуют студни (гели или желе). Температура плавления желатиновых студней зависит от концентрации. При концентрации желатина около 4% температура плавления студней около 23—25°С.

В питании сахара играют роль источника энергии. Они содержатся в овощах, фруктах, молоке, грибах, муке и крупах. Употребляется кристаллическая сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) при изготовлении сладких блюд и кондитерских изделий, для заправки соусов, некоторых супов. Общими свойствами Сахаров являются карамелизация и способность сбраживаться.

Карамелизация — это глубокий распад Сахаров при нагревании их выше температуры 100°С в слабокислой или нейтральной среде. При этом от молекул Сахаров отщепляется молекула воды, а оставшиеся ангидридные остатки, соединяясь друг с другом, образуют темноокрашенные вещества. При карамелизации сахарозы образуется вначале кармелан — вещество светло-соломенного цвета, растворимое в холодной воде. Затем образуется кармелен — вещество ярко-коричневого цвета, также хорошо растворимое в воде, и наконец, образуется темно-коричневое вещество — кармелин, растворимый только в горячей воде. При карамелизации образуется и целый ряд побочных продуктов.

Продукты карамелизации используют в качестве красителей. Карамелизация происходит при запекании яблок с сахаром и при приготовлении многих кондитерских изделий и сладких блюд.

Глюкоза, фруктоза и лактоза, которые называют восстанавливающими, или редуцирующими, сахарами, способны вступать в реакцию с аминами (веществами, содержащими группу NHa), в том числе с аминокислотами и белками. При этом образуются тем­ноокрашенные продукты — меланоидины (от греческого корня «мелано — темные). Реакция меланоидинообразования имеет очень большое значение. Ее положительная роль заключается в том, что: она обусловливает образование аппетитной золотистой корочки на жареных, запеченных блюдах и выпечных изделиях; побочные продукты этой реакции участвуют в образовании вкуса и аромата готовых блюд.

Отрицательная роль реакции меланоидинообразования состоит в том, что, связывая аминокислоты, она снижает биологическую ценность белков и вызывает нежелательное потемнение фруктовых пюре, некоторых овощей и других продуктов.

Дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) могут распадаться, присоединяя воду, с образованием двух молекул простых Сахаров. Например, сахароза при нагревании с кислотами образует глюкозу и фруктозу. Процесс этот называется кислотным гидролизом и происходит при запекании яблок, варке компотов и киселей. Продукты гидролиза сахарозы имеют более сладкий вкус, чем исходный продукт. Поэтому при запекании яблок вкус их меняется.

Крахмал и его изменения. В клетках клубня картофеля и других овощей, круп, бобовых, в муке содержатся зерна крахмала (рис. 30). Это сложные биологические образования, состоящие главным образом из двух ложных углеводов (полисахаридов) — амилозы и амилопектина. Молекулы этих полисахаридов состоят

Природный крахмал практически нерастворим в холодной воде. Низкомолекулярная амилоза (до 70 глюкозных остатков) может растворяться в холодной воде, но такой амилозы в зернах крахмала очень мало.

При нагревании в воде зерна крахмала набухают и взвесь его клейстеризуется. Процесс этот проходит в несколько стадий.

При нагревании суспензии крахмала до температуры 55°С зерна его набухают, поглощая до 50% воды от массы крахмала. Вязкости суспензии при этом не наступает. Процесс обратим — после высушивания свойства крахмала остаются прежними.

При дальнейшем нагревании (до температуры 60—100°С) набухание зерен ускоряется, объем их увеличивается в несколько раз, а вязкость суспензии резко возрастает и она превращается в клейстер. Поэтому этот процесс называется клейстеризацией. В центре зерна (ядро роста) образуется полость (пузырек). На этой стадии увеличивается количество растворимой амилозы. Раствор ее частично остается в зерне, превратившись в пузырек, а частично диффундирует в окружающую воду.

Для каждого вида крахмала характерна своя температура клейстеризации, при которой большинство зерен в суспензии поглощают максимальное количество воды.

3. При длительном нагревании с избытком воды крахмальные пузырьки лопаются и вязкость клейстера снижается.

Крахмал из клубневых растений (картофеля) дает прозрачные клейстеры, а из зерновых (кукурузы) непрозрачные, пастообразные. Консистенция клейстера зависит от количества крахмала: при содержании крахмала в количестве 2 — 5% он получается жидким (жидкие кисели, соусы, супы-пюре), при содержании крахмала в количестве 6—8% клейстер получается густым (густые кисели). Еще более густой клейстер образуется внутри клеток картофеля, в кашах, в блюдах из макаронных изделий.

При охлаждении крахмалосодержащих изделий содержание в них растворимой амилозы снижается и жесткость изделий повышается (черствение мучных изделий, каш).

Нагревание крахмала, особенно без воды, при температуре свыше 100°С приводит к частичному разрушению зерен, к потере способности набухания и образованию декстринов. Это имеет место при пассеровании муки, обжаривании круп.

Крахмальные полисахариды способны распадаться до молекул. Процесс этот называется гидролизом крахмала, так как идет с присоединением воды. Он может происходить при нагревании крахмала с водой в присутствии кислот или под действием ферментов при низкой температуре.

Ферменты, расщепляющие крахмал, носят название амилаз. Их имеется два вида:

а-амилаза, которая вызывает частичный распад цепей крахмальных полисахаридов с образованием низкомолекулярных полисахаридов — докстринов, мальтозы и глюкозы;

Р-амилаза, которая расщепляет крахмал до мальтозы, оставляя небольшое количество высокомолекулярных декстринов.

В муке содержится обычно р-амилаза, под ее влиянием в тесте образуется мальтоза, питаясь которой развиваются дрожжи. В муке из проросшего зерна преобладает р-амилаза, поэтому в тесте накапливаются низкомолекулярные декстрины, придающие выпечным изделиям клейкость и неприятный вкус. Степень гидролиза крахмала под действием р-амилазы увеличивается с повышением температуры теста при замесе и в начальной стадии выпечки, но при температуре до 65°С происходит инактивация Р-амилазы.

В картофеле также содержится р-амилаза, превращающая крах­мал в основном в мальтозу. Мальтоза расходуется на дыхание. При температуре, близкой к 0°С, дыхание замедляется, мальтоза накапливается и картофель делается сладким. Поэтому картофель перед употреблением необходимо выдержать при комнатной температуре, чтобы дыхание усилилось и содержание мальтозы снизилось.

При температуре 65°С р-амилаза разрушается, а в интервале от 35 до 40°С ее активность возрастает. Поэтому если картофель перед варкой залить холодной водой, то, пока клубни прогреются, значительная часть крахмала успеет превратиться в мальтозу, она перейдет в отвар и потери питательных веществ увеличатся. Если же картофель погрузить сразу в кипящую воду, то р-амилаза инактивируется и потери питательных веществ будут меньше.

Кислотный гидролиз крахмала может происходить при нагревании его в присутствии кислот и воды. При этом образуется глюкоза. Это имеет место при варке кислых соусов с мукой, при варке киселей и длительном хранении их в горячем состоянии.

При нагревании жира с водой или водяными парами происходит гидролиз триглицеридов, т. е. распад их на глицерин и жирные кислоты. Процесс этот идет постепенно: вначале отщепляется одна жирная кислота, потом вторая и, наконец, третья.

Наибольшую роль играет гидролиз жира при варке. При жарке гидролизуедтя жира много меньше.

Во время варки вытапливающийся жир скапливается на поверхности бульона, а наибольшая часть его в виде мельчайших капелек переходит в бульон (эмульгирует), придавая ему мутность и неприятный вкус. Эмульгированный жир имеет большую удельную поверхность и легко гидролизуется. Образовавшиеся при этом жирные кислоты с ионами калия и натрия, которые всегда присутствуют в бульонах, образуют, мыла, которые не только придают бульонам неприятный вкус, но и облегчают дальнейшее эмульгирование жиров. Поэтому процесс эмульгирования крайне нежелателен. Чтобы уменьшить его, следует снимать жир с поверхности бульона и не допускать бурного кипения.