Основные группы углеводов представлены следующим образом:

Моносахариды – это простые сахара, молекулы которых представляют собой одну неразветвлённую углеродную цепь, имеющую от трёх до девяти атомов углерода. В зависимости от числа атомов углерода моносахариды называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами или гептозами. Один из атомов углерода в молекуле моносахаридов всегда представлен карбонильной группой С=0. При термической обработке растительных про-

дуктов именно эта группа способна вступать в реакцию с аминной группой белков и давать темно-окрашенные соединения – меланоидины. Если карбонильная группа находится на конце молекулы моносахарида, т. е. является альдегидной группой, то моносахарид называют альдозой. Когда карбонильная группа занимает в молекуле любое другое место, т. е. является кетонной группой, моносахарид называют кетозой.

Наиболее распространены в природе гексозы. Известны 32 изомера альдогексоз и 24 изомера кетогексоз. Напомним, что изомерами являются вещества, имеющие одну и ту же суммарную формулу, но разную структуру, т. е. неодинаковое расположение атомов в молекуле. Разное строение веществ обуславливает различие их свойств.

В плодах и овощах из альдогексоз в свободном виде и в составе более сложных соединений больше всего встречается - глюкоза, а из кетогексоз - - фруктоза.

Глюкозу называют иначе виноградным сахаром из-за высокого содержания её в винограде, а также декстрозой, так как раствор -глюкозы вращает поляризованный луч вправо. В чистом виде глюкоза усваивается организмом лучше всех других углеводов, поэтому в медицинской практике её используют для инъекций. В растительных тканях глюкоза содержится не только в свободном виде, но и входит в состав многих олигосахаридов (мальтозы, сахарозы, лактозы, рафинозы), а также ряда глюкозидов. Из глюкозы построены такие полисахариды, как целлюлоза, крахмал, гликоген. Глюкоза встречается также в фосфорилированном виде: глюкозо-1-фосфорная кислота, глюкозо-6-фосфорная кислота и глюкозо-1, 6-дифосфорная кислота.

Излишек глюкозы в организме угнетает действие поджелудочной железы, которая вырабатывает инсулин, что может привести к возникновению сахарного диабета.

Фруктоза содержится почти во всех плодах, поэтому её называют плодовым сахаром. Она вращает поляризованный луч влево (левулоза). Фруктоза – самая сладкая из всех сахаров. Менее сладкой является сахароза, затем – глюкоза, ксилоза, мальтоза, галактоза. Высокая сладость, например, арбузов, содержащих относительно мало сахаров (7%), объясняется тем, что они представлены преимущественно фруктозой. Она входит в состав сахарозы и полисахаридов, превращающихся при гидролизе в фруктозу (к ним относится инулин). Фруктоза встречается также в фосфорилированном состоянии: фруктозо-1-фосфорная кислота, фруктозо-6-фосфорная кислота и фруктозо-1,6-дифосфорная кислота.

Фруктоза в большей степени задерживается в организме печенью и поэтому меньше поступает в кровь. Установлено также что фруктоза значительно меньше, чем другие сахара, вызывает кариес зубов.

Олигосахариды представляют собой углеводы, построенные из небольшого количества моносахаридов. Наиболее распространены дисахариды, образующиеся при соединении двух моносахаридов с выделением воды. В плодах и овощах к наиболее часто встречающимся олигосахаридам относится сахароза и мальтоза.

Сахароза – обычный сахар, используемый в повседневном питании, в наибольшем количестве содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике, поэтому её называют свекловичным или тростниковым сахаром. Под действием соответствующих ферментов или при нагревании с кислотами сахароза распадается (гидролизуется), образуя смесь из глюкозы и фруктозы, которая называется инвертным сахаром, а сам процесс гидролиза – инверсией. Слово инверсия означает перестановку, преобразование. В данном случае в результате гидролиза сахарозы изменяется удельное вращение раствора с правого на левое. Объясняется это тем, что у образующейся при гидролизе фруктозы левое вращение значительно больше, чем у глюкозы правое. Чем кислее раствор, тем интенсивнее идёт гидролиз сахарозы. В кислых растворах она гидролизуется почти в тысячу раз быстрее других дисахаридов – мальтозы и лактозы.

Мальтоза – больше всего ее содержится в солоде, который образуется в прорастающих семенах как продукт ферментативного расщепления крахмала, поэтому её часто называют солодовым сахаром. При гидролизе мальтозы образуются две молекулы глюкозы.

Лактоза – или молочный сахар состоит из остатков галактозы и глюкозы.

К дисахаридам относится целибиоза – построена по типу мальтозы, состоит из двух остатков глюкозы. Является составной частью клетчатки.

Среди олигосахаридов наиболее распространены рафиноза и стахиоза.

Рафиноза – состоит из остатков глюкозы, галактозы и фруктозы, входит в состав сахарной свеклы и морских водорослей.

Стахиоза – содержит два остатка галактозы, глюкозу и фруктозу, входит в состав клубнеплодов.

Полисахариды – сложные углеводы, состоящие из большого числа (сотен и тысяч) остатков моносахаридов, обладающие поэтому высоким молекулярным весом. В отличие от простых сахаров они не сладкие.

В ряде растворителей (в воде обычно нерастворимы) дают коллоидные растворы. По химическому составу полисахариды делят на гомополисахариды, построенные из остатков какого-либо одного моносахарида (глюкозы, фруктозы и т. д.), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов и их производных.

Важное значение имеют гомополисахариды, состоящие из глюкозы и называемые глюканами. К ним относятся широко распространенные в овощах и плодах крахмал, клетчатка, гликоген.

Важнейшими гетерополисахаридами являются гетерогемицеллюлозы, пектиновые вещества.

Полисахариды делятся так же на те, которые перевариваются организмом человека – крахмал, гликоген, частично пектин, гемицеллюлозы, и не перевариваются, которые называют пищевыми волокнами.

Товароведно-технологическая характеристика углеводов и их общие технологические функции

По товароведной классификации углеводы в предприятиях питания находятся в виде выделенных продуктов – сахара, меда, искусственного меда, сиропов. Из полисахаридов наиболее распространенными являются крахмал, модифицированные крахмалы, патока, глюкоза, саго.

В виде товарного продукта на предприятии находятся пектины, сульфатированные полисахариды – агар, агароид, фурцеллоран, карагенан.

С точки зрения технологического процесса среди полисахаридов в отдельную группу выделяют гидроколлоиды природного происхождения, которые в технологической практике используются как функциональные добавки со свойствами полимеров за счет своей способности образовывать водные коллоиды и проявлять эффект загустевания или гелеобразования.

Гидроколлоиды выполняют следующие технологические функции:

• загустителей – благодаря способности повышать вязкость;

• студнеобразователей – благодаря способности изменять структуру с жидкой на постоянную;

• стабилизаторов – делают возможным сохранение постоянной структуры на протяжении определенного времени.

Гидроколлоиды делятся на две группы:

1. Гидроколлоиды природного происхождения.

Во-первых, выделяются из растений (гуми) – гумиарабик, карайа, трагаканта, клей вишни, сливы,

Во-вторых, это экстракты, полученные физическими или химическими методами из:

• семян (мука семян рожкового дерева);

• водорослей (агар-агар, агароид, фурцеллоран, альгинаты);

• растительного сырья (пектин, гемицеллюлоза);

• сырья морского происхождения (хитин, хитозан);

• микроорганизмов (ксантан, декстран).

2. Искусственные гидроколлоиды, полученные различными методами модификации природного сырья – метилцеллюлоза (МЦ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), натрийкарбоксиметилцеллюлоза (NaКМЦ) и т.д

Гидроколлоиды растительного происхождения, принадлежащие к категории пищевых волокон, используются в качестве студнеобразователей, загустителей и характеризуются:

• способностью к набуханию;

• удерживанию большого количества воды;

• повышению вязкость растворов при увеличении концентрации;

• способностью в определенных условиях образовывать студни с определенной текстурностью;

• выступать в роли криопротекторов, изменяющих скорость льдообразования и характеристику кристаллов льда.

При использовании пищевых волокон в диетическом питании особенно важна их способность «имитировать» состояние насыщенности и притуплять чувство голода, связывать воду в кишечном тракте.

Среди технологических свойств моносахаридов и дисахаридов важнейшей в технологическом процессе является их способность придавать пищевым системам сладкий вкус.

По ощущению сладости (если сахарозу считать за 100%), фруктоза характеризуется величиной 173, глюкоза – 74, мальтоза – 32, лактоза – 16.

Полисахариды не имеют сладкого вкуса, но во время гидролиза крахмала накапливаются декстрины, имеющие сладкий вкус, например, патока – продукт неполного кислотного гидролиза крахмала.

На современном этапе развития технологии остро стоит проблема снижения калорийности продукции. В связи с этим широкое применение находят заменители сладкого вкуса, к которым относя сорбит, ксилит, некоторые спирты, сахарин, аспартам, цикламат, стевиозид.

Сорбит – шестиатомный спирт С₆Н₈(ОН)_6. Сладость относительно сахара составляет 0,48. получают восстановлением глюкозы, в количестве 7% содержится в рябине.

Ксилит – пятиатомный спирт, получаемый восстановлением ксилозы. По сладости близкий к сахару, используется в диетпитании, продуктам придает охлаждающий эффект, ощущаемый при потреблении.

Сахарин – искусственное соединение, в 400…500 раз слаще сахара. В незначительных количествах безвреден для организма, полностью из него выводится.

Аспартам – синтетическое соединение, состоит из аспарагина, фенилаланина и метилового спирта, предельная норма потребления – 40 мг на 1 кг массы тела.

Стевиозид – гликоалкалоид, получают из растительного сырья, слаще сахара в 200…300 раз.

Простые сахара по технологическим свойствам характеризуются как признанные структурообразователи, которые значительно влияют на органолептические показатели изделий, определяя их консистенцию. Способность к структурообразованию зависит от многих технологических факторов и состояния сахаров. Например, ощущение коллоидности в напитках определяет концентрация сахара; в процессе варки растворы сахара образуют сиропы, которые достаточно широко используются; сахар способен образовывать стеклоподобные тела в процессе карамелизации, что используется при производстве карамелей, козинак и т.д.

Сахаристые вещества в технологическом плане характеризуются высокой растворимостью и гигроскопичностью, в технологическом процессе могут выступать как выраженные дегидрататоры, т.е. могут извлекать излишки влаги из пищевых систем, которая используется на их растворение. Такая способность к дегидратации позволяет использовать сахар как специфический панировочный материал. Такое свойство обуславливает использование сахара как природного консерванта, что используется в приготовлении кондитерских кремов, сгущенного молока, джемов, подварок, повидла и т.д.

Среди особенных технологических свойств сахаров является их способность гидролизоваться и ферментативно расщепляться до спиртов или органических кислот. Сахаристые вещества в технологическом процессе используются так же как стабилизаторы белковых веществ и витаминов, как при нагревании, так и при замораживании.

Кроме того, в определенных условиях сахара могут изменять цвет (карамелизация и меланоидинообразование), образовывать в процессе деструкции летучие и ароматические вещества, что изменяет органолептические показатели изделия. Благодаря таким свойствам сахара нашли широкое применение в разнообразных технологических процессах.

Изменение свойств сахара и сахаристых веществ под влиянием технологических факторов

В процессе технологической обработки содержащихся в пищевых продуктах сахара значительно изменяются и оказывают существенное влияние на качество готовых изделий.

Наиболее существенные изменения сахара претерпевают при гидролизе (ферментативном и кислотном), а глубокий распад сахаров происходит при брожении, карамелизации, меланоидинообразовании.

Физико-химические и технологические свойства сахара и сахаристых веществ

Сахар – один из основных видов сырья в технологии продуктов питания. Является практически чистой сахарозой. По товарным признакам сахароза является кристаллическим бесцветным веществом с температурой плавления кристаллов 185…186^оС.

К основным технологическим свойствам сахара, которые одновременно являются и функциональными свойствами сахарозы, относят:

• способность к растворению с образованием растворов различной густоты;

• кристаллизацию ее из растворов;

• определенную и характерную точку кипения растворов;

• способность к термическому превращению с образованием карамели и меланоидинов;

• способность к кислотному и ферментативному гидролизу;

• способность выступать в роли дегидрататора системы и проявлять гигроскопические свойства;

• выступать в роли структурообразователя и быть в стекловидном, кристаллическом состоянии или в виде раствора определенной концентрации;

• способность выступать в роли панировочного материала и в роли красителя.

Растворимость. Сахароза хорошо растворима в воде. При повышении температуры растворимость улучшается и при 100^оС она в 2,4 раза выше, чем при 20^оС. В спиртах сахароза не растворяется. Наибольшей растворимостью среди всех сахаров характеризуется фруктоза. В присутствии конкурентов растворимость сахарозы уменьшается. Общая растворимость сахарозы может быть повышена за счет добавления инвертного сахара.

Таблица 4.3. Растворимость различных сахаров при 20⁰С

Вещество	Растворимость г/100 г воды
Сахароза	204
Фруктоза	375
Глюкоза	107
Мальтоза	83
Лактоза	20

Температура кипения. Зависимость температуры кипения растворов сахарозы от ее концентрации определяется абсолютной ее концентрацией в системе. С повышением концентрации с 10% до 60% температура кипения раствора увеличивается с 105 до 119,6^оС. Температура кипения может быть повышена введением в систему других сахаристых веществ – глюкозы, фруктозы, патоки.

Способность к перенасыщению. Перенасыщенные растворы в технологической практике получают охлаждением насыщенных растворов до более низких температур; введением в насыщенный раствор при температуре насыщения дополнительных веществ, способных отнимать влагу; выпариванием насыщенного раствора, что приводит к повышению концентрации сухих веществ. Перенасыщенные растворы могут кристаллизоваться, при этом скорость кристаллизации и размеры кристаллов могут быть существенно уменьшены при добавлении глюкозы, инвертного сахара, глюкозных сиропов, гидроколлоидов. Это используется в технологиях производства таких продуктов, где сахароза, при высокой концентрации, не должна выкристаллизовываться (мороженое, карамели). Процесс кристаллизации сахарозы необходим в процессе производства помадных масс, и, наоборот, ухудшает показатели готового продукта – засахаривание меда, выпадение в осадок лактозы при охлаждении сгущенного молока.

Структурообразующая способность сахарозы широко используется в технологиях производства сладких блюд, сиропов, кремов, мороженого, сгущенного молока, сладких льезонов и др. Структурообразующая способность основана на способности растворов сахарозы, или сиропов постепенно изменять вязкость при изменении температуры, при этом не выкристаллизовываясь. С увеличением концентрации сахаристых веществ увеличивается зависимость вязкости от температуры.

Гигроскопичность сахарозы является ее объективной характеристикой, которая существенно влияет на условия хранения и текстуру некоторых пищевых продуктов. Глюкоза, мальтоза, сиропы глюкозы менее гигроскопичны, чем сахароза, инвертный сахар и фруктоза. Гигроскопические продукты необходимо вводить в те продукты, где необходимо сохранить определенную степень влажности, например, мармелад. Присутствие гигроскопических продуктов нежелательно в тех продуктах, где сахара находятся в стеклоподобном состоянии. В этом случае адсорбция влаги вызывает кристаллизацию сахаров, освобождая воду, которая делает массу клейкой (отмокание карамели).

Гидролиз дисахаридов

Ферментативный гидролиз сахаров.

Протекает при брожении дрожжевого теста и в начальной стадии его выпечки. Ферментативному гидролизу подвергается сахароза и мальтоза. Дрожжевое тесто обычно готовится с добавлением сахарозы, количество которой может быть 2,5 – 25% к массе муки. Под действием амилолитических ферментов в тесте из крахмала непрерывно образуется мальтоза. Фермент сахараза, содержащийся в дрожжах, инвертирует сахарозу в тесте в процессе замеса и брожения, а инверсия мальтозы при этом задерживается. Если же в тесто не добавляется сахар, то сахараза дрожжей приспосабливаются к сбраживанию мальтозы и, если через некоторое время в тесто ввести сахар, расщепление мальтозы не приостановится, что и используется при производстве дрожжевого опарного теста. Для протекания процесса брожения в тесте необходимо присутствие моносахаридов, что и достигается ферментативным гидролизом крахмала и дисахаридов – сахарозы и мальтозы.

Сахароза инвертируется на глюкозу и фруктозу – сахаразой, мальтоза на две молекулы глюкозы – мальтазой.

Применяемые в нашей стране для хлебобулочных изделий дрожжи отличаются слабой мальтазной активностью. Поэтому, чтобы достигнуть лучших результатов при брожении, к дрожжам добавляют улучшители – препараты с большей активностью, приготовленные из особой культуры плесневых грибов.

Ферментативный гидролиз протекает на протяжении всего периода брожения и в начальной стадии выпечки, пока изделия не прогреются до t⁰ = 55⁰С.