2.2. Изменение углеводов

Углеводы в значительных количествах содержатся, главным образом, в продуктах растительного происхождения и представлены простыми сахарами моно- (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.) и дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза и др.), полисахаридами (крахмал, клетчатка и др.), а также пектиновыми веществами (пектин, протопектин). Одни из этих углеводов растворимы в воде (простые сахара, пектин), тогда как другие в воде нерастворимы (крахмал, клетчатка, протопектин и др.), но частично в ней набухают.

Происхождение названия «углеводы» связано с тем, что, судя по эмпирическим формулам, большинство веществ этого класса представляют собой соединение углерода с водой, поскольку соотношение между числом атомов углерода, водорода и кислорода составляет 1:2:1. Однако существуют углеводы, не отвечающие этому соотношению, а в некоторых из них содержатся атомы азота, фосфора или серы.

Моносахариды  бесцветные, твердые кристаллические вещества, легко растворимые в воде, обладают сладким вкусом различной интенсивности, способны взаимодействовать с другими веществами (аминокислотами, белками) с образованием соединений, обладающих вкусом и ароматом.

Дисахариды построены из двух связанных друг с другом моносахаридов. Например, сахароза построена из глюкозы и фруктозы, а лактоза (молочный сахар) - из глюкозы и галактозы.

Из моносахаридов наибольшей сладостью обладает фруктоза, а из дисахаридов -сахароза. Сладость последней ниже, чем фруктозы в 1,7 раза. Сахара содержаться в значительных количествах в плодах и ягодах (3-15%) и овощах (3-11%). В зерномучных продуктах Сахаров мало (около 1%). Содержание лактозы в молоке составляет 4,5-4,8%. Используемый в кулинарии сахарный песок состоит на 99,8% из чистой сахарозы.

При кулинарной обработке простые сахара могут претерпевать значительные изменения, связанные с их нагреванием в воде в присутствии органических кислот (кислотный гидролиз сахарозы) или под воздействием ферментов (ферментативный гидролиз сахарозы и мальтозы). Кроме того, при высоких температурах (выше 100°С) сахара подвергаются карамелизации, а редуцирующие сахара (глюкоза, фруктоза и др.) могут взаимодействовать с аминокислотами (белками) с образованием окрашенных соединений  меланоидинов.

Кислотный гидролиз. В кулинарной практике кислотному гидролизу может подвергаться сахароза при нагревании ее в водных растворах в присутствии органических кислот с образованием равных количеств глюкозы и фруктозы, смесь которых называется инвертным сахаром. Инвертный сахар более сладок, чем исходная сахароза, к тому же он обладает антикристаллизационной способностью. Кислотный гидролиз может иметь место при варке компотов из плодов и ягод, запекании яблок, приготовлении фруктово-ягодных начинок, уваривании сахарного сиропа в присутствии уксусной или лимонной кислоты при изготовлении помадок и в других случаях. В плодах и ягодах содержатся преимущественно яблочная и лимонная кислоты, способствующие кислотному гидролизу. В наибольшей степени способствует кислотному гидролизу щавелевая кислота, а затем по мере убывания идут лимонная, яблочная и уксусная кислоты. Количество образовавшегося инвертного сахара зависит от продолжительности нагревания, температуры, вида и концентрации кислоты. Присутствие в кулинарном изделии инвертного сахара повышает его сладость.

Ферментативный гидролиз сахарозы и мальтозы имеет место при брожении теста под воздействием ферментов сахаразы и мальтазы соответственно с образованием в первом случае глюкозы и фруктозы, а во втором  двух молекул глюкозы. Следует отметить, что наибольшей активностью обладает сахараза, содержащаяся в дрожжах, которая в течение нескольких минут расщепляет сахарозу (в количестве до 7%) до моносахаридов.

Накопленные в процессе брожения глюкоза и фруктоза подвергаются глубокому расщеплению с образованием этилового спирта и углекислого газа (спиртовое брожение), а при молочнокислом брожении - молочной кислоты, которые участвуют в формировании качества изделий из дрожжевого теста.

Карамелизация  это сложный процесс глубокого расщепления Сахаров под воздействием высоких температур (выше температуры плавления, 100°С и более) с образованием аморфной массы сложного состава с характерным вкусом, запахом и цветом (от желтого до коричневого). Продукты карамелизации сахарозы, называемые жженым сахаром, применяются в кулинарной практике для подкрашивания кондитерских изделий, бульонов, сладких блюд и других изделий.

Сахара, обладающие восстанавливающими свойствами (глюкоза фруктоза, мальтоза, лактоза), способны при нагревании взаимодействовать с аминокислотами и белками с образованием сложных веществ, называемых меланоидинами, которые имеют желто-коричневый цвет и обладают специфическим вкусом и ароматом, а поэтому участвуют в формировании вкуса и аромата готовой продукции и ее цвета. В то же время разрушение аминокислот и белков при этой реакции приводит к снижению биологической ценности белоксодержащих продуктов. Интенсивность реакции меланоидинообразования резко воз­растает при температурах выше 100°С.

Изменение крахмала. Из полисахаридов наиболее широкое распространение в растительных продуктах имеют крахмал и клетчатка.

Крахмал  это резервный углевод, построенный из остатков глюкозы, количество которых у отдельных видов крахмала может достигать 1 млн. Высокое содержание крахмала характерно для круп (49-71%), муки (55-69%), макаронных изделий (62-68%), из овощей значительное количество крахмала содержится в картофеле (12-20%), а в остальных овощах его мало (1,1-7%).

Крахмал находится в клетках растительной ткани в виде крахмальных зерен различной (формы и размеров. Крахмальное зерно построено из двух поли сахаридов  амилозы и амилопектина. Амилоза имеет линейное строение, количество глюкозных остатков в которой может достигать 6 000. Низкомолекулярная фракция амилозы может растворяться в холодной воде, тогда как высокомолекулярная  в ней частично набухает, а горячей  растворяется. Амилопектин имеет сильно разветвленное строение с количеством глюкозных остатков, достигающих 1 млн., в воде нерастворим, а лишь слегка набухает. Амилоза и амилопектин при воздействии на них раствора йода дают характерное окрашивание: амилоза  синее, а амилопектин  красно-фиолетовое. Соотношение между амилозой и амилопектином колеблется в крахмалах различных растений, и в большинстве случаев содержание амилозы составляет 10-20%, амилопектина  80-90%.

Крахмальные зерна имеют сложное строение и разнообразную форму. Характерный для них признак при рассмотрении под микроскопом  слоистое строение, которое у одних видов крахмала (картофель, пшеница, горох) выражено отчетливо, а у других  слабо.

Крахмальное зерно имеет точку роста, от которой располагаются концентрические слои колец роста, придающие видимую при рассмотрении под микроскопом слоистость. Крахмальные зерна не имеют явно выраженной оболочки и легко проницаемы.

Важнейшее свойство крахмальных зерен  их способность набухать при нагревании в воде. При этом первоначальная структура зерен необратимо нарушается, а сам процесс носит название клейстеризация. Разные виды крахмалов имеют неодинаковую температуру клейстеризации, которая находится в пределах 58-69°С. Первоначальные изменения крахмальных зерен при нагревании в воде наблюдаются при достижении температуры 50°С. При этом они поглощают до 50% воды от их массы. В интервале температур от 50 до 65°С поступающая внутрь зерна вода растворяет некоторое количество амилозы, часть которой переходит из крахмальных зерен в окружающую среду, а остальные полисахариды набухают. В результате набухания крахмальные зерна увеличиваются в объеме, но их форма и слоистость сохраняются. Повышение температуры до 80°С приводит к значительному поглощению воды, объем зерен увеличивается в несколько раз, слоистость исчезает, целостность зерна сохраняется и оно представляет собой пузырек, наполненный растворенными и набухшими полисахаридами. Существенная часть растворенных полисахаридов переходит в окружающую среду. Образовавшаяся дисперсия состоит из растворенных в воде полисахаридов и набухших зерен и называется клейстером, который имеет значительную вязкость.

Дальнейшее повышение температуры приводит к еще большему поглощению воды и может вызвать разрушение целостности крахмальных зерен, особенно при кипячении клейстера. Распад крахмальных зерен ведет к снижению вязкости клейстера, что негативно отражается на качестве продукции. Например, длительное кипячение киселя приводит к разжижению его консистен­ции и ухудшению качества. Введение в клейстер Сахаров и солей повышает температуру клейстеризации крахмала, что способствует лучшей сохранности целостности крахмальных зерен и широко используется в кулинарии.

Крахмалосодержащие продукты (крупы, макаронные изделия, бобовые) доводят до готовности варкой. Изменение крахмала при этом оказывает существенное влияние на выход и качество готовой продукции. Выход изделий увеличивается в два и более раз.

В зависимости от соотношения крахмала и воды образующийся клейстер имеет различную консистенцию  от жидкой до студнеобразной. При содержании крахмала от 2 до 5% получается клейстер полужидкой и средней густоты (кисели, соусы), а при большей концентрации крахмала клейстер приобретает структуру студня (рассыпчатые каши, отварные макаронные изделия и др.). В этом случае крахмальные пузырьки тесно соприкасаются друг с другом вследствие почти полного поглощения ими воды. Перешедшие в раствор полисахариды скрепляют поверхности прилегающих одно к другому крахмальных зерен, что придает студню значительно возрастающую прочность при охлаждении (в вареном картофеле, рассыпчатых кашах, хлебобулочных изделиях и др.).

В результате клейстеризации в крахмалосодержащих кулинарных и кондитерских изделиях увеличивается содержание водорастворимых веществ, что положительно сказывается на их качестве. При остывании и хранении в остывшем состоянии крахмалосодержащей продукции (каш, хлебобулочных изделий и др.) происходит изменение свойств клейстера, сопровождаемое уменьшением водорастворимых веществ за счет перехода части полисахаридов (в первую очередь амилозы) в нерастворимое состояние. Этот процесс называется старением крахмальных клейстеров и является причиной черствения хлебобулочных изделий, отделения части свободной воды при хранении в охлажденном состоянии жидких и вязких каш. Явления старения наиболее четко выражены в изделиях из пшенной крупы и в меньшей степени они характерны для каш из манной и гречневой круп. Повторное нагревание в заметной степени способствует восстановлению исходной структуры крахмального клейстера и качества изделий.

Деструкция. В процессе приготовления некоторых видов кулинарной продукции крахмал подвергается воздействию высоких температур (120°С и выше), что приводит к деструкции крахмальных зерен и крахмальных полиса­харидов. Продукты деструкции крахмала, которые называются декстринами (полисахариды с меньшей молекулярной массой, чем исходный крахмал), растворяются в холодной воде. Количество образующихся декстринов тем больше, чем выше температура и длительнее процесс нагревания. Подвергнутые сухому нагреву крахмалы обладают меньшей набухаемостью и клейстер из них получается с меньшей вязкостью. Наряду с деструкцией происходит изменение цвета крахмала. Едва заметный кремовый оттенок появляется при нагревании крахмала до 115-120°С, а при дальнейшем повышении температуры крахмал становится кремовым, а затем коричневым с различными оттенками. Эти вновь приобретенные свойства крахмала широко используются в кулинарной практике (пассерование муки при приготовлении соусов). Декстрины содержаться в поджаристой корочке жареного картофеля, мучных кулинарных и кондитерских изделиях и участвуют в формировании вкуса, аромата и цвета этих изделий.

Клетчатка (целлюлоза), составляющая основу клеточных оболочек, при тепловой кулинарной обработке практически не изменяется, а лишь слегка разрыхляется за счет частичного набухания. Молекулы клетчатки представляют собой очень длинные цепи глюкозных остатков, которые в отличие от крахмала соединены по другому типу связей, что и предопределяет высокую механическую и химическую устойчивость клетчатки.

Пектиновые вещества содержатся в растительных тканях и представлены растворимым в воде пектином и протопектином, который в холодной воде не растворяется и довольно устойчив к тепловым воздействиям. Пектиновые вещества  высокомолекулярные углеводы растительного происхождения, главным структурным компонентом которых является галактуроновая кислота, молекулы которой соединены в галактуроновые цепи. Молекула пектина имеет линейное строение, а в протопектине линейные галактуроновые цепи связаны между собой поперечными связями, что придает им устойчивость к нагреванию. При нагревании в воде протопектин переходит в пектин, что обусловливает размягчение растительных продуктов.