Глава 2. Влияние кулинарной обработки на изменение основных пищевых веществ продуктов

Пищевые продукты в большинстве своем являются многокомпонентными объектами животного или растительного происхождения и характеризуются определенными технологическими свойствами, которые проявляются при технологической обработке пищевых продуктов в процессе превращения последних в готовую продукцию.

Важнейшее технологическое свойство пищевых продуктов  структура, т. е. их внутреннее строение, обусловленное взаимным расположением и взаимосвязью составляющих продукт компонентов (белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и др.). Для характеристики структуры того или иного продукта используют целый комплекс показателей: физико-химических (влажность, жирность, водосвязывающую и водоудерживающую способность, эмульгирующая способность, растворимость и др.); структурно-механических (вязкость, упругость, пластичность, липкость, прочность и др.). На структуру продукта и ее показатели существенное влияние оказывает количественный и качественный состав основных компонентов продукта (белков, жиров, углеводов), которые к тому же определяют его пищевую ценность. В процессе кулинарной обработки питательные вещества в той или иной степени претерпевают определенные изменения, что приводит к изменению структуры продукта, его структурно-механических, физико-химических и органолептических показателей, а также пищевой ценности.

Поэтому цель кулинарной обработки  не только достижение заданных физико-химических, структурно-механических и органолептических показателей, но и максимальное сохранение пищевой ценности продукции при ее полной безопасности.

Поскольку технологические свойства пищевых продуктов в значительной мере определяются количеством и составом их основных компонентов (белков, жиров, углеводов), общие изменения этих веществ (вне зависимости от продукта) будут рассмотрены отдельно, а их проявление в конкретных продуктах будут изложены в соответствующих главах.

2.1. Изменение белков

В пищевых продуктах содержатся разнообразные по количеству и составу белки, которые различаются структурой (глобулярные и фибриллярные), свойствами (растворимостью, набухаемостью, биологической ценностью и др.), коллоидным состоянием.

В процессе механической кулинарной обработки белки, как правило, не претерпевают существенных изменений, тогда как при тепловой кулинарной обработке изменения могут быть весьма значительными.

Белки  это сложные соединения биологической природы. Они построены из аминокислот, которые соединены друг с другом при помощи пептидных связей в полипёптидные цепи, закрученные в спираль. Последние в одних белках свернуты в клубок (глобулу  глобулярные белки), а в других образуют нитевидные образования (фибриллы  фибриллярные белки). По отношению к воде белки разделяются на растворимые и нерастворимые. Последние способны в воде набухать, т. е. присоединять и удерживать воду.

Гидратация. Присоединение воды к полярным группам белков называют гидратацией. В молекуле белков имеются свободные (карбоксильные, аминные) и связанные (пептидные) полярные группы, которые способны удерживать диполи воды, образуя гидратные (водные) слои вокруг активных групп и белковой молекулы в целом. Фибриллярные белки в силу особенностей своего строения обладают резко выраженной способностью к гидратации, так как молекулы воды могут внедряться внутрь пространственной решетки. У глобулярных белков полярные группы находятся на поверхности белковой молекулы и их способность к гидратации определяется величиной заряда и величиной удельной поверхности белковых частиц. Поэтому способность глобулярных белков к набуханию ниже, чем фибриллярных.

Свободные полярные группы белковой молекулы диссоциируют в растворе, обусловливая заряд белковой молекулы. Молекула воды также обладает полярными свойствами (дипольным строением). В результате противоположные заряды притягиваются, и на поверхности или внутри белковой молекулы адсорбируются (как бы оседают) диполи воды. Такая адсорбция обусловлена электростатическим притяжением и называется ионной. Величина ионной адсорбции зависит, таким образом, от суммарного заряда белковой молекулы. Если он равен нулю, а это бывает в изоэлектрической точке, то ионная адсорбция отсутствует. Сдвиг реакции среды (рН) в ту или другую сторону от изоэлектрической точки повышает гидратацию.

Связанные полярные группы (пептидные и др.) присоединяют молекулы воды за счет возникновения водородных связей. Так как количество связанных групп в молекуле белка практически постоянно, то величина молекулярной адсорбции тоже постоянна и зависит от вида белка и его строения.

В пищевых продуктах в тех или иных количествах содержится вода, которая полностью или частично удерживается белками или они растворены в ней. Прочность связывания воды белками зависит от величины заряда молекулы и ее молекулярно-силового поля, а также от количества воды в системе. Если воды в продукте мало, а содержание белков в нем довольно высоко, то белки продукта не полностью гидратированы, и они способны присоединить и удерживать дополнительное количество воды. Этим свойством белков пользуются в кулинарной практике, например, при замесе теста, приготовлении омлетов, изготовлении фаршевых мясных изделий. При промывании круп и замачивании бобовых они набухают за счет поглощения воды белками продуктов.

В результате гидратации изменяются структурно-механические свойства (вязкость, липкость, пластичность и др.) продукции и ее органолептические показатели (консистенция сочность и др.). Для увеличения количества связанной воды применяют механические воздействия (перемешивание, измельчение, вибрацию и др.).

Денатурация. Денатурация  это изменение природных свойств белков под влиянием внешних воздействий, результатом которых является потеря белками в значительной степени растворимости, способности к набуханию, утрачиваются биологические свойства и др. Наиболее существенным внешним воздействием на белки в процессе приготовления кулинарной продукции является нагревание, которое вызывает денатурацию белков в пищевых продуктах и как следствие  изменение структурно-механических, физико-химических и органолептических показателей готовой продукции. Необходимым условием, кроме температурного фактора, служит наличие воды в системе. Основная масса белков пищевых продуктов денатурирует при достижении температуры 65-80°С, хотя первые признаки денатурационных изменений наблюдаются при температуре 35-40°С.

Механизм денатурации глобулярных белков при нагревании может быть представлен следующим образом. В процессе нагревания белков в присутствии воды усиливается движение полипептидных цепей в белковой молекуле, что приводит к разрыву некоторой части водородных связей, стабилизирующих пространственную структуру белка. В результате этого полипептидные цепи разворачиваются и принимают новую пространственную конфигурацию, приводящую к необратимым изменениям первоначальных свойств белков. Белки теряют способность растворяться и набухать, утрачивают видовую специфичность и биологическую активность, они лучше атакуются пищеварительными ферментами, повышается их реакционная способность, приводящая к агрегации белковых частиц между собой. Агрегация белковых частиц усиливается при повышении температуры выше температуры денатурации белков, которая у различных белков неодинаковая.

Процесс агрегации белковых частиц между собой приводит к свертыванию белков, следствием которого является изменение их коллоидного состояния. Свернувшийся белок при малых его концентрациях в растворе выпадает в осадок (хлопья при варке мяса, птицы, кипячении молока), а при высоком содержании образует студень (вареное яйцо и другие продукты), удерживающий в структуре всю воду. Если же нагревается белок, находящийся в системе в виде студня, то происходит его уплотнение с выпрессовыванием части содержащейся в системе воды (приготовление творога).

В процессе приготовления кулинарной продукции белки пищевых продуктов нагреваются выше их температур денатурации в ряде случаев довольно длительное время (варка мяса, птицы и др.), вызывая их деструкцию, глубина которой зависит от температуры и продолжительности теплового воздействия. Процесс деструкции особенно интенсифицируется при температурах выше 100°С. В результате деструкции, на первых этапах, могут отщепляться от белковой молекулы сероводород, углекислый газ, аммиак и другие соединения, которые принимают участие в формировании вкуса и аромата готовой продукции. Глубокие изменения в белковой молекуле в результате ее деструкции приводят к снижению биологической ценности белка. В то же время деструкция некоторого количества белка коллагена в процессе приготовления блюд (кулинарных изделий) создает размягчение продукта и улучшение его качества.