Гидролиз крахмала:

• Кислотный гидролиз крахмала происходит в присутствии минеральных кислот. Конечным продуктом является глюкоза. На промежуточных стадиях образуются декстрины, трисахариды, тетрасахариды, мальтоза.

Недостатки: использование высоких концентраций кислот и температуры, что приводит к образованию продуктов термической деградации и дегидратации углеводов. Примеры: длительное кипячение кислых соусов; заваривание киселей. Ферментативный гидролиз крахмала происходит под действием амилолитических ферментов группы амилаз: α-амилаза и β-амилаза. α-амилаза расщепляет крахмал до декстринов: Крахмал → α-декстрины (много) + мальтоза (мало) + глюкоза (мало) β-амилаза превращает крахмал в β-мальтозу: Крахмал (гликоген) → мальтоза (54 ‑ 58%) + β-декстрин (42 ‑ 46%). Конечные продукты: глюкоза, мальтоза, декстрины.

Клетчатка (целлюлоза) – один из основных полисахаридов клеточной стенки, содержание которой составляет 0,3…3,0%. Повышенное содержание клетчатки в пастернаке (2,4%), хрене (2,8%), укропе (3,5%). Содержание клетчатки зависит от степени зрелости экземпляров. Среди ягод большим содержанием клетчатки отличается малина (5,1%), облепиха (4,7%).

Целлюлоза (клетчатка). Название «целлюлоза» возникло от названия растительных клеток, основной составной частью которых является целлюлоза.

Технологическая стойкость клетчатки, ее инертность в химическом плане, стойкость к действию ферментов обусловлена особенностями строения. Целлюлоза – линейный полисахарид, состоит из длинных цепей из остатков глюкозы, соединённых в положениях 1 и 4 так же, также как в молекуле амилозы; отличается от амилозы тем, что глюкоза в целлюлозе находится в β-форме, количество остатков в молекуле целлюлозы может достигать 12000.

Целлюлоза характеризуется большой механической прочностью, что обуславливает изменение консистенции продукта при ее увеличении. Не растворяется в воде, способна к гидролизу в жестких кислых условиях при кипячении с образованием глюкозы, что используется при получении гидролизного спирта.

Эмпирическая формула: (С₆Н₁₀О₅)_n

Структурная формула:

Линейные полисахариды целлюлозы в растительной ткани скомпонованы в пучки, которые называются мицеллами. Мицеллы определенным образом ориентированы и погружены в непрерывную аморфную массу – матрикс, который состоит из гемицеллюлоз, пектиновых веществ и лигнина.

Будучи многоатомным соединением, клетчатка способна образовывать простые и сложные эфиры. Наибольшей значимостью для пищевой промышленности обладает способность целлюлозы образовывать метиловые эфиры. Например, метилцеллюлоза – достаточно распространенный продукт во многих отраслях пищевой промышленности и общественном питании, обладает повышенной гидрофильностью и гигроскопичностью.

Метилцеллюлоза (МЦ) характеризуется структурной, физиологической функцией, а так же способностью регулировать сенсорные чувства. Важным показателем МЦ является ее способность образовывать растворы заданной вязкости, изменение которой возможно в широких пределах введением таких корригирующих добавок как соль, сахар, спирт, крахмал. МЦ может образовывать и стабилизировать пены, эмульсии, суспензии, регулировать реологические, осмотические свойства пищевых систем. Физиологическая функция МЦ определяется ее принадлежностью к пищевым волокнам.

Технологическое значение имеет и натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (NаКМЦ), которая используется как загуститель, защитный коллоид и эмульгатор для прямых эмульсий «масло-вода».

• Ферментативный гидролиз клетчатки (под действием микробных ферментов целлюлазы и целлобиазы) или кислотный гидролиз в присутствии минеральных кислот (НСІ, Н₂SO₄), образуется β-D-(+)-глюкоза:

( С₆Н₁₀О₅)_n ^Н2О (С₆Н₁₀О₅)_х m С₁₂Н₂₂О₁₁ n C₆H₁₂O₆

клетчатка амилоид целлобиоза глюкоза

Целлюлоза очень устойчива к механическим и химическим действиям, растворяется в медно-аммиачном растворе, солянокислых растворах отдельных солей, в концентрированной серной кислоте.

При нагревании с минеральными кислотами клетчатка подлежит гидролизу с образованием глюкозы.

Инулин – резервный полисахарид, который откладывается в клубнях сложноцветных, фиалковых растений, корнях одуванчика и цикория, в артишоках, луковицах лилейных растений, топинамбура (земляной груши), и георгинов. В этих растениях инулин заменяет крахмал. В растениях, плесневых грибах и дрожжах содержится особый фермент – инулаза, который гидролизует инулин с образованием фруктозы. Молекула инулина на 94 – 97% состоит из остатков фруктозы и на 3 – 6% глюкозы. Макромолекулы инулина имеют линейное строение: остатки β-фруктозы соединены между собой по типу 2→1. Молекулярная масса инулина не превышает 6000.

Инулин – белый аморфный гигроскопический порошок, образует коллоидный раствор, оптически активный, осаждается из водных растворов спиртом. Получают из сырья экстракцией горячей водой. Используют для получения фруктозы, как заменитель глюкозы для больных диабетом.

Гликоген (животный крахмал) (С₆Н₁₀О₅)_n – резервный полисахарид животного организма, является источником химической энергии для большинства процессов, происходящих в органах, тканях и клетках. Наибольшее содержание гликогена в клетках печени и мышцах (0,2 – 2,0%).

Структура гликогена. Гликоген – разветвлённый полисахарид, молекулы которого построены из остатков α-глюкозы, соединённых в прямые и разветвлённые цепи по типу 1→4 и 1→6. Гликоген ‑ белый аморфный порошок, хорошо растворяется в воде (образует коллоидный раствор). С раствором йода гликоген даёт цветную реакцию, окраска изменяется от красно-фиолетовой до красно-коричневой. Молекула гликогена состоит в среднем 2400 – 300000 остатков глюкозы. Молекулярная масса – от 400 тыс. до 50 млн.

Декстраны – гомополисахариды, получают действием ферментов декстран-сахараз, продуцируемых бактериями при культивировании на растворах сахарозы. Высвобождается фруктоза, а из остатков глюкозы синтезируется полисахарид. Модифицированные декстраны используют в гель-хроматографии («сефадексы»). Химической поперечной сшивкой декстрановых цепей получают «сетчатые полимеры», которые при набухании в воде образуют гели с определённым размером пор в гранулах геля.

Пектиновые вещества – являются очень важным компонентом клеточных стенок растительной ткани. Их содержание может колебаться в широких пределах. Понятие пектиновые вещества объединяет несколько самостоятельных веществ, растворимых и нерастворимых в воде.

Химический состав и содержание пектиновых веществ неодинаков в различных растениях, зависит от метеорологических условий, географической зоны, сортовой принадлежности, периода развития и возраста растения. Так, в яблоках и айве их содержится до 2%, грушах – 0,8%, косточковых культурах – от 0,5 до 2,3% Богаты пектином абрикосы, смородина, из овощей – морковь и перец, много их в кожице яблок.

Пектиновые вещества характеризуются относительной стабильностью в процессе хранения. Их количественный состав, содержание, соотношение и взаимные превращения определяют индивидуальную консистенцию плодов и ягод. Так, в процессе хранения плоды и овощи способны дозревать, т.е. становиться более мягкими. Причиной является значительная деполимеризация пектиновых веществ и переход нерастворимого протопектина в вещества с меньшей молекулярной массой, способные к частичному растворению. Особенно это характерно для плодов и ягод.

В процессе тепловой обработки происходит расщепление молекулы протопектина и его превращение в растворимый пектин.

Разрушается связь между отдельными пектиновыми цепями, то есть:

• распадаются водородные связи между этерифицированными остатками галактуроновой кислоты;

• разрушаются солевые мостики.

При тепловой обработке ионы Са²⁺ и Мg²⁺ заменяются на ионы Na⁺, К⁺, что вызывает разрыв связей между цепями полигалактуроновых кислот и переход протопектина в пектин. Са²⁺ и Мg²⁺ связываются фитином, содержащимся в клеточном соке и выводятся из реакции.

Условия:

• определенное количество воды;

• протекание определенных ионообменных реакций.

Реакция расщепления солевых мостиков обратима. Она будет идти вправо, если ионы двухвалентных металлов будут осаждаться. В овощах и плодах роль осадителя могут выполнять органические кислоты – щавелевая, лимонная, фитиновая, яблочная и др. В сырых овощах ионы натрия и калия находятся в клеточном соке, который не имеет доступа к срединным пластинкам из-за полупроницаемости мембран. В процессе тепловой обработки белки мембран денатурируют, мембраны разрушаются, сворачиваются и становятся проницаемыми.

Но в процессе хранения фруктов в период их дозревания происходит расщепление протопектина без действия тепла. В этом случае процесс идет под действием фермента протопектиназы.

Скорость перехода протопектина в пектин зависит от:

• температуры (Т↑,υ↑);

• реакции среды ( рН<7, υ↓ - фитин не связывает Са (2+) и Мg(2+);

• наличия в воде солей тяжёлых металлов (реакция замедляется);

• свойств продуктов: более прочный протопектин (бобовые, свекла) – требует увеличения времени тепловой обработки, чем менее устойчивый протопектин (фрукты, картофель).

Трансформация протопектина в более растворимый пектин снижает прочность клеточных структур в растительной ткани, что при достижении определенных значений определяет понятие «консистенция» готового продукта.