Изменение основных пищевых веществ при кулинарной обработке пищевых продуктов

Изменения белков. В процессе механической и тепловой обработки пищевых продуктов изменяется нативная структура белка. Под воздействием физических, химических, биологических факторов, ферментативной обработки, нагревания, высокого давления, ультрафиолетового и ионизирующего излучения происходит денатурация белковой молекулы.

Существуют и другие изменения нативного белка:

- гидратация - присоединение диполей воды к молекуле белка (например, производство мясного фарша, омлетов);

- дегидратация - отщепление молекул воды от молекулы белка (сублимационная сушка пищевых продуктов);

- деструкция - продолжительное воздействие температуры на белковую молекулу, приводящее к разрушению макромолекулы до ее составных компонентов: сероводорода, аммиака, углекислого газа, фосфористого газа, др. При этом процессе образуется вкус и аромат готовой продукции.

Изменения белков наблюдаются при первичной обработке сырья, производстве полуфабрикатов, а также при тепловой кулинарной обработке продуктов. Эти изменения, как правило, оказывают решающее влияние на выход, структурно-механические, органолептические и другие показатели качества полуфабрикатов и готовой продукции.

Глубина физико-химических и биохимических изменений белков определяется их природными свойствами, характером внешних воздействий, концентрацией белков и другими факторами.

Наиболее значительные изменения белков связаны с их гидратацией, дегидратацией, денатурацией и деструкцией. Эти процессы рассмотрим более подробно.

Гидратация белков. Молекулы нативного белка имеют на своей поверхности так называемые полярные группы. Молекулы воды также обладают полярностью, и их можно представить в виде диполей, имеющих на концах заряды, равные по значению, но противоположные по знаку. При контакте с белком диполи воды адсорбируются на поверхности белковой молекулы, ориентируясь вокруг полярных групп белка. Таким образом, основная часть воды, более или менее прочно связываемая в пищевых продуктах белками, является адсорбционной. Различают два вида адсорбции: ионную и молекулярную. Объясняется это постоянным наличием на поверхности белковой молекулы двух видов полярных групп: свободных и связанных.

Свободные полярные группы (аминогруппы диаминокислот, карбоксильные группы дикарбоновых кислот и др.) диссоциируют в растворе, определяя величину суммарного заряда белковой молекулы. Адсорбирование воды ионизированными сво­бодными полярными группами белка называют ионной адсорбцией.

Связанные полярные группы (пептидные группы главных полипептидных цепей, гидроксильные, сульфгидрильные и др.) присоединяют молекулы воды за счет так называемой молекулярной адсорбции.

Величина молекулярной адсорбции воды постоянна для каждого вида белка, величина ионной адсорбции изменяется с изменением реакции среды. В изоэлектрической точке, когда степень диссоциации молекул белка минимальная и заряд белковой молекулы близок к нулю, способность белка связывать воду наименьшая. Сдвиг рН среды в ту или иную сторону от изоэлектрической точки приводит к усилению диссоциации основных или кислотных групп белка, увеличению заряда белковых молекул и усилению гидратации белка. На определенных этапах технологического процесса эти свойства белков используют для увеличения их водосвязывающей способности.

Адсорбционная вода удерживается белками за счет образования между их молекулами и водой водородных связей (между атомом водорода одной молекулы и атомом кислорода другой). Водородные связи относятся к разряду слабых, однако это их свойство компенсируется значительным количеством связей: каждая молекула воды способна образовывать четыре водородные связи, которые распределяются между полярными группами белка и соседними молекулами воды. В результате этого адсорбционная вода в белке оказывается довольно прочно связанной: она не отделяется от белков самопроизвольно и не может служить растворителем для других веществ.

В растворах небольшой концентрации молекулы белка полностью гидратированы ввиду наличия избыточного количества воды. Такие белковые растворы содержатся в молоке, жидком тесте, в некоторых смесях на основе яичного меланжа и пр.

В концентрированных белковых растворах и обводненных белковых студнях при добавлении воды происходит дополнительная гидратация белков (в известных пределах).

Дополнительная гидратация белков в концентрированных растворах наблюдается, например, при добавлении к яичной массе, предназначенной для изготовления омлетов, воды или молока. При последующей тепловой обработке в результате денатурации белков и структурообразования получается студень, удерживающий всю содержащуюся в белковом растворе влагу. Эффективность дополнительной гидратации в данном случае состоит в улучшении реологических показателей студня: снижении его механической прочности, повышении упругости. Все вместе взятое создает ощущение нежности и сочности готового продукта.

Молекулы белка в студне с помощью межмолекулярных связей разной природы образуют пространственную сетку, в ячейках которой удерживается вполне определенное для данного белка количество воды.

Способность белка образовывать студень обусловлена конфигурацией его белковых молекул. Чем больше асимметрия молекул белка (отношение длины к толщине или диаметру), тем меньшая концентрация белка необходима для образования студня. Вода, иммобилизованная в ячейках пространственной сетки студня, участвует в образовании его структуры, приближающейся к структуре твердого тела (студни обладают спо­собностью сохранять форму, механическую прочность, упругость, пластичность). Отсюда становится понятным, почему белковые студни большинства продуктов более обводнены по сравнению с концентрированными растворами. Например, в миофибриллах мышечных волокон теплокровных животных содержится 15—20% белков, в саркоплазме — 25—30%.

Гидратация белков имеет большое практическое значение при производстве полуфабрикатов, когда к измельченным животным или растительным продуктам добавляют воду, поваренную соль и другие вещества. Так, при перемешивании измельченных компонентов процесс гидратации белков состоит из накладывающихся друг на друга двух процессов: растворения белков и набухания их с образованием студней. При этом повышается липкость массы, в результате чего она хорошо формуется в виде изделий (полуфабрикатов), предназначенных для тепловой обработки.

Дополнительная гидратация белков имеет место тогда, когда к измельченному на мясорубке мясу добавляют воду. В рубленые бифштексы и фрикадели добавляют 10% воды к массе мяса, в фарш для пельменей— 20 %.

Сухие белки муки, круп, бобовых, содержащиеся в продуктах в виде частиц высохшей цитоплазмы и алейроновых зерен, при контакте с водой набухают, образуя сплошной более или менее обводненный студень. Классическим примером гидратации такого типа является приготовление теста, в процессе которого белки муки при контакте с водой набухают, образуя клейковину. Реологические свойства теста, приготовляемого на основе муки и воды, в значительной мере зависят от соотношения этих компонентов. Изменяя это соотношение, регулируют степень гидратации белков муки и связанные с этим процессом такие свойства теста, как эластичность, вязкость и др.

От степени гидратации белков в значительной мере зависит такой важнейший показатель качества готовой продукции, как сочность, и связанные с ней другие критерии органолептической оценки. При оценке роли гидратационных процессов необходимо иметь в виду, что в пищевых продуктах наряду с адсорбционной водой, прочно связанной белками, содержится большее или меньшее количество осмотически и капиллярно-связанной воды, которая также оказывает влияние на качество продукции.

Дегидратация белков. Потеря белками связанной воды происходит под влиянием внешних воздействий. Различают обратимую дегидратацию, являющуюся составной частью целенаправленного технологического процесса - сублимационной сушки продуктов, и необратимую

дегидратацию при денатурации белков.

Сублимационная сушка полуфабрикатов, блюд и кулинарных изделий является эффективным способом их консервирования путем обезвоживания. При сублимационной сушке большая часть воды удаляется из находящегося в замороженном состоянии продукта. При значительном разрежении окружающего воздуха кристаллическая решетка льда разрушается и вода испаряется из продукта через капилляры, минуя жидкую фазу (отсюда сублимационную сушку часто называют молекулярной).

В процессе сублимационной сушки из продукта удаляется капиллярно-связанная вода, осмотически связанная и большая часть воды, адсорбционно-связанной белками. Высушенный продукт сохраняет свой естественный внешний вид, структуру и пищевую ценность. Механическая прочность высушенного продукта вполне достаточна для его хранения и транспортирования. Перед тепловой обработкой или употреблением в пищу сублимированные продукты регидратируют (обычно погружением в воду).

Вода, адсорбционно-связанная белками, при сублимационной сушке удаляется из продукта не полностью, так как мономолекулярный слой ее, имеющийся на поверхности белковых молекул, очень прочно связан с белком. Рентгеноструктурными исследованиями установлено, что каждая полярная группа белка прочно удерживает определенное количество молекул воды. Эта вода, получившая название гидратной, может быть удалена только при нагревании продукта до 100°С и выше, что приводит к денатурации белка. Количество гидратной воды может достигать 5 % массы сухого белка.

Необратимая дегидратация белков может происходить при замораживании, хранении в замороженном состоянии и размораживании мяса и мясопродуктов, рыбы и нерыбных продуктов моря, а также при тепловой обработке продуктов.

При быстром размораживании мяса дегидратация белков является результатом неполного восстановления белковых систем, нарушенных в период замораживания. Дегидратация белков рыбы связана с денатурацией их при замораживании и последующем хранении. При размораживании этих продуктов некоторая часть воды выделяется в окружающую среду в капельно-жидком состоянии. Вместе с водой из продукта удаляются растворимые вещества — экстрактивные, минеральные, витамины и др.

Необратимая дегидратация белков с выделением воды в окружающую среду имеет место также при тепловой обработке мясопродуктов, рыбы и нерыбных продуктов моря. В окружающую среду переходит около половины содержащихся в про­дукте воды и растворимых веществ.

При выпечке изделий из теста имеет место денатурация и дегидратация белков клейковины. Однако вода в этом случае не выделяется в окружающую среду, а поглощается клейстеризующимся крахмалом муки.

Таким образом, дегидратация белков может быть причиной уменьшения массы продукта, некоторого снижения его пищевой ценности, а в ряде случаев и органолептических показателей. Поэтому изучение механизма необратимой дегидратации белков является важным условием для снижения отрицательного влияния этого процесса при производстве полуфабрикатов, блюд и кулинарных изделий.

Денатурация белков. Денатурация - это нарушение нативной пространственной структуры белковой молекулы под влиянием внешних воздействий.

К числу таких внешних воздействий можно отнести нагревание (тепловая денатурация); встряхивание, взбивание и другие резкие механические воздействия (поверхностная денатурация); высокую концентрацию водородных или гидроксильных ионов (кислотная или щелочная денатурация); интенсивную дегидратацию при сушке и замораживании продуктов и др.

Для технологических процессов производства продукции общественного питания наибольшее практическое значение имеет тепловая денатурация белков. При нагревании белков усиливается тепловое движение атомов и полипептидных цепей в белковых молекулах, в результате чего разрушаются так называемые слабые поперечные связи между полипептидными цепями (например, водородные), а также ослабляются гидрофобные и другие взаимодействия между боковыми цепями. В результате этого происходит изменение конформации полипептидных цепей в белковой молекуле. У глобулярных белков развертываются белковые глобулы с последующим свертыванием по новому типу; прочные (ковалентные) связи белковой молекулы (пептидные, дисульфидные) при такой перестройке не нарушаются. Тепловую денатурацию фибриллярного белка коллагена можно представить в виде плавления, так как в результате разрушения большого числа поперечных связей между полипептидными цепями фибриллярная структура его исчезает, а коллагеновые волокна превращаются в сплошную стекловидную массу.

В молекулярной перестройке белков при денатурации активная роль принадлежит воде, которая участвует в образовании новой конформационной структуры денатурированного белка. Полностью обезвоженные белки, выделенные в кристаллическом виде, очень устойчивы и не денатурируются даже при длительном нагревании до 100° С и выше. Денатурирующий эффект внешних воздействий тем сильнее, чем выше гидратация белков и ниже их концентрация в растворе.

Денатурация сопровождается изменениями важнейших свойств белка: потерей биологической активности, видовой специфичности, способности к гидратации (растворению, набуханию); улучшением атакуемости протеолитическими ферментами (в том числе пищеварительными); повышением реакционной способности белков; агрегированием белковых молекул.

Потеря белками биологической активности в результате их тепловой денатурации приводит к инактивации ферментов, содержащихся в растительных и животных клетках, а также к отмиранию микроорганизмов, попадающих в продукты в процессе их производства, транспортирования и хранения. В целом этот процесс оценивается положительно, так как готовую продукцию при отсутствии ее повторной обсемененности микроорганизмами можно хранить сравнительно продолжительное время (в охлажденном или замороженном виде).

В результате потери белками видовой специфичности пищевая ценность продукта не снижается. В ряде случаев это свойство белков используется для контроля технологического процесса. Например, по изменению окраски хромопротеида мяса - миоглобина с красной на светло-коричневую судят о кулинарной готовности большинства мясных блюд.

Потеря белками способности к гидратации объясняется тем, что при изменении конформации полипептидных цепей на поверхности молекул белка появляются гидрофобные группы, а гидрофильные оказываются блокированными в результате образования внутримолекулярных связей.

Улучшение гидролиза денатурированного белка протеолитическими ферментами, повышение его чувствительности к многим химическим реактивам объясняется тем, что в нативном белке пептидные группы и многие функциональные (реакционноспособные) группы экранированы внешней гидратной оболочкой или находятся внутри белковой глобулы и таким образом защищены от внешних воздействий. При денатурации указанные группы оказываются на поверхности белковой молекулы.

Агрегирование - это взаимодействие денатурированных молекул белка, в результате которого образуются межмолекулярные связи как прочные, например дисульфидные, так и многочисленные слабые.

Следствием агрегирования белковых молекул является образование частиц более крупных размеров. Дальнейшее агрегирование частиц белка приводит к разным последствиям в зависимости от концентрации белка в растворе. В малоконцентрированных растворах происходит образование хлопьев белка, выпадающих в осадок или всплывающих на поверхность жидкости (часто с образованием пены). Примерами агрегирования такого типа являются выпадение в осадок хлопьев денатурированного лактоальбумина (при кипячении молока), образование хлопьев и пены белков на поверхности мясных и рыбных бульонов. Концентрация белков в этих растворах не превышает 1%.

При денатурации белков в более концентрированных белковых растворах в результате их агрегирования образуется сплошной студень, удерживающий всю содержащуюся в системе воду. Такой тип агрегирования белков имеет место при тепловой обработке мяса, рыбы, яиц и различных смесей на их основе. Оптимальная концентрация белков, при которой белковые растворы в условиях нагревания образуют сплошной студень, неизвестна. Принимая во внимание, что способность к студнеобразованию у белков зависит от конфигурации (асимметрии) молекул, надо полагать, что для разных белков указанные пределы концентраций различны.

Белки в состоянии более или менее обводненных студней при тепловой денатурации уплотняются, т. е. происходит их дегидратация с отделением жидкости в окружающую среду. Студень, подвергнутый нагреванию, как правило, имеет меньший объем, массу, пластичность, а также повышенную механическую прочность и большую упругость по сравнению с исходным студнем нативных белков. Эти изменения также являются следствием агрегирования молекул денатурированных белков. Реологические характеристики таких уплотненных студней зависят от температуры, рН среды и продолжительности нагревания.

Денатурация белков в студнях, сопровождающаяся их уплотнением и отделением воды, имеет место при тепловой обработке мяса, рыбы, варке круп, бобовых, макаронных изделий, выпечке изделий из теста.

Каждый белок имеет присущую ему температуру денатурации. В пищевых продуктах и полуфабрикатах обычно отмечают низший температурный уровень, при котором начинаются видимые денатурационные изменения наиболее лабильных белков. Например, для белков рыбы эта температура составляет около 30° С, яичного белка - 55° С.

При значениях рН среды, близких к изоэлектрической точке белка, денатурация происходит при более низкой температуре и сопровождается максимальной дегидратацией белка. Смещение рН среды в ту или иную сторону от изоэлектрической точки белка способствует повышению его термостабильности. Так, выделенный из мышечной ткани рыб глобулин X, имеющий изоэлектрическую точку при рН 6,0, в слабокислой среде (рН 6,5) денатурирует при 50 °С, в нейтральной (рН 7,0) при 80 °С.

Реакция среды оказывает влияние и на степень дегидратации белков в студнях при тепловой обработке продуктов. Направленное изменение реакции среды широко используется в технологии для улучшения качества блюд. Так, при припускании птицы, рыбы, тушении мяса, мариновании мяса и рыбы перед жареньем добавляют кислоту, вино или другие кислые приправы для создания кислой среды со значениями рН, лежащими значительно ниже изоэлектрической точки белков продукта. В этих условиях дегидратация белков в студнях снижается и готовый продукт получается более сочным.

В кислой среде набухает коллаген мяса и рыбы, снижается его температура денатурации, ускоряется переход в глютин, в результате чего готовый продукт получается более нежным. Температура денатурации белков повышается в присутствии других, более термостабильных белков и некоторых веществ небелковой природы, например сахарозы. Это свойство белков используют, когда при тепловой обработке возникает необходимость повысить температуру смеси (например, в целях пастеризации), не допуская денатурации белков. Тепловая денатурация некоторых белков может происходить без видимых изменений белкового раствора, что наблюдается, например, у казеина молока.

Пищевые продукты, доведенные тепловой обработкой до готовности, могут содержать большее или меньшее количество нативных, не денатурированных белков, в том числе некоторых ферментов.

Деструкция белков. При тепловой обработке продуктов изменения белков не ограничиваются только денатурацией. Доведение продукта до полной готовности вызывает необходимость нагревать денатурированные белки при температурах, близких к 100 °С, более или менее продолжительное время. В этих условиях белки подвергаются дальнейшим изменениям, связанным с разрушением их макромолекул. На первом этапе изменений от белковых молекул могут отщепляться такие летучие продукты, как аммиак, сероводород, фосфористый водород, углекислый газ и др. Накапливаясь в продукте и окружающей среде, эти вещества участвуют в образовании вкуса и аромата готовой пищи. При длительном гидротермическом воздействии происходит деполимеризация белковой молекулы с образованием водорастворимых азотистых веществ. Примером деструкции денатурированного белка является переход коллагена в глютин.

Деструкция белков имеет место при производстве некоторых видов теста. В этом случае разрушение внутримолекулярных связей в белках происходит при участии протеолитических ферментов, содержащихся в муке и вырабатываемых дрожжевыми клетками. Протеолиз белков клейковины оказывает положительное влияние на ее эластичность и способствует получению выпечных изделий высокого качества. Однако этот процесс может иметь и отрицательные последствия, если активность протеаз муки слишком высокая (мука из недозревшего зерна и пр.).

В ряде случаев деструкция белков с помощью протеолитических ферментов является целенаправленным приемом, способствующим интенсификации технологического процесса, улучшению качества готовой продукции, получению новых продуктов питания. Примером может служить применение препаратов протеолитических ферментов (порошкообразных, жидких, пастообразных) для размягчения жесткого мяса, для ослабления клейковины теста, для получения белковых гидролизатов.

Изменение жира при варке. В данном случае надо говорить о гидротермическом воздействии на жир. При производстве многих изделий и блюд, например, при припускании (разновидность варки), тушении овощей и рыбы, при приготовлении каш жир добавляется к продуктам.

Продолжительность тепловой обработки вышеперечисленных продуктов может составлять от 10 до 60 мин, температура в пределах 100-102 ^оС. Считают, что жир в этих условиях не претерпевает каких-либо существенных изменений, так как продолжительность теплового воздействия сравнительно небольшая, а температура находится в пределах 100 ^оС. Естественно, говорить, что жир совсем не изменяется, было бы неверно.

При гидротермическом воздействии (например, варке) наиболее продолжительному нагреву подвергается жир при изготовлении мясных и костных бульонов. Так, продолжительность варки мясного бульона составляет 2-2,5 ч, костного - до 6 ч.

По мере прогревания в жидкой среде продуктов, содержащих жир (мяса птицы, рыбы и др.) жир сначала плавится в самой ткани, а затем выделяется в окружающую среду (бульон). Температура плавления твердых жиров лежит в пределах 26-52 ^оС. Количество жира, выделяемого различными продуктами при варке колеблется в довольно широких пределах и зависит от:

1) количественного содержания жира в самом продукте;

2) характера отложения жира в продукте;

3) продолжительности варки;

4) величины кусков и других факторов.

При варке мяса переходит в окружающую среду максимально до 40% жира от первоначального его содержания в продукте.

Измельчение продукта и повышение температуры увеличивает потери жира. Если температура варки мяса крупным куском не превышает 90-92 ^оС, то извлекается не более 6% жира, при температуре 100 ^оС выделяется до 10% жира, а при автоклавировании измельченного мяса извлекается от 17 до 40% жира от содержания его в мясе. Потери жира при варке костного бульона зависят от вида костей (трубчатые, тазовые, позвоночные, грудные и реберные), степени их измельчения и продолжительности варки и составляют от 25 до 40%. При варке и припускании рыбы потери зависят от степени ее жирности. Тощая рыба теряет до 50% жира, содержащегося в сыром продукте; средней жирности- до 14%; осетровые - не более 6%.

Основная часть жира, выделяющегося из продукта в окружающую среду, всплывает на поверхность в виде тонкой пленки, поскольку жир в воде не растворяется. На поверхности собирается 90-96% выплавленного жира. Однако вследствие перемешивания жидкости в процессе варки продукта небольшая часть жира (4-10%%) распределяется в бульоне и образует эмульсию, то есть некоторая часть жира находится во взвешенном состоянии в виде мельчайших жировых шариков, равномерно распределяясь по всему объему варочной среды. Эмульгированные жиры в процессе варки - явление не желательное, так как присутствие такого жира делает бульон мутным, к тому же сильно возрастает поверхность соприкосновения жира с горячей водой, что создает благоприятные условия для гидролиза жира. Степень эмульгирования жира в значительной мере зависит от природы жира, но нельзя исключать влияние и некоторых технологических факторов. Степень эмульгирования находится в прямой зависимости от интенсивности кипения и соотношения продукт - вода. Если при варке костного бульона изменить соотношение продукт - вода с 1:3 до 1:8, то во втором случае количество эмульгированного жира увеличивается при слабом кипении почти вдвое, а при интенсивном более чем в 5 раз, т. е. интенсивность кипения оказывает особенно сильное влияние при значительном соотношении продукт - вода.

При варке происходит гидролиз жира. При температуре 90-100 ^оС гидролиз протекает на поверхности раздела жировой и водной фаз. Образование мелких жировых капелек эмульгированного жира, увеличивая суммарную поверхность соприкосновения жира с водой, ускоряет процесс гидролиза. В варочной среде присутствуют продукты всех трёх стадий гидролиза: ди- и моноглицериды, глицерин и свободные жирные кислоты.

Свободные жирные кислоты, как и жир, в воде не растворяются и увеличивают мутность бульона, одновременно они высокомолекулярные, придают бульону неприятный салистый привкус. Свободные жирные кислоты могут взаимодействовать с солями, которые присутствуют в варочной среде и образовывать мыла, также не растворяются в воде (дают эмульсию). Итак, эмульгирование жира ухудшает и внешний вид бульона и его вкус. Если мутность бульона создана эмульгированным жиром, то его осветлить невозможно.

При варке бульонов, супов и соусов жир подвергается воздействию горячих отваров, представляющих собой слабые растворы солей, органических кислот, сахаров, что также способствует гидролизу жира. Так, при опытном нагревании жира с поваренной солью и с отваром квашеной капусты(продолжительность теплового воздействия составляет 30 минут) в жире происходят улавливаемые аналитическим путем изменения: кислотное число в говяжьем сале возрастает с 1,04 (опыт с NaCl) до 1.24; а в растворе с квашенной капустой – 1,52. В целом об изменениях жира при варке можно сказать следующее: при варке наряду с гидролитическими процессами, поскольку продукты, содержащие жир, находятся в воде при довольно мягких условиях нагрева (95-100 ^оС) протекают и окислительно-восстановительные, т.к. образующиеся свободные жирные кислоты достаточно легко при варке окисляются до монооксикислот. О присутствии в варочной среде моно- и диглицеридов, а также оксикислот судят по увеличению ацетильного числа показателю содержания в жире гидроксильных групп. При варке непредельные жирные кислоты свободные окисляются непосредственно по месту двойной связи, поэтому йодное число жира при варке снижается. Но в целом процессы окисления при варке протекают в незначительной степени и большого влияния на качество жира не оказывают. Окислительные процессы при варке затруднены и в связи с тем, что жир, содержащийся в продукте, практически с кислородом воздуха не контактирует или контактирует ограничено, поскольку сам продукт находится в воде и жир с поверхности удаляют. В целом, для уменьшения изменений жира, при варке необходимо снизить эмульгирование жира, поэтому при варке мяса, костей рыбы после закипания варочной среды нагрев уменьшают, а варку ведут при слабом кипении (97-98 ^оС), или без кипения (90-92 ^оС) уменьшается перемешивание, а жир, собирающийся на поверхности периодически удаляют, чтобы не было контакта с кислородом воздуха.

Изменение жира при жарке. Для жареных изделий характерно наличие на поверхности специфической корочки, образующейся в результате различных физико-химических взаимодействий веществ продукта и жира, а также пирогенетического распада веществ, содержащихся в поверхностном слое продукта при определённых температурах жира.

Продолжительность теплового воздействия на жир при жарке зависит от способа жарки. Поэтому различают два основных способа жарки: с небольшим количеством жира или основной способ и в большом количестве жира или жарка во фритюре. И один и другой способы подразделяются между собой в зависимости от соотношения жира и продукта; непрерывного или периодического процесса жарки. Кроме того, существует жарка в шкафах, жарка с использованием UK-излучения, жарка на вертеле и на решётке, кроме того, может быть обжарка (кратковременное воздействие на продукт температуры) и пассерование (жарка при 120 ⁰С).

Если при варке жиры подвергаются изменению при температуре около 100 ^оС, то при жарке жир нагревается в интервале температур 160-190 ⁰С.

При жарке с небольшим количеством жира продолжительность жарки находится в пределах от 10-15 мин до 60-90 мин (зависит это от характера механической обработки продуктов массы полуфабрикаты и его геометрической формы). Масса жира в этом случае составляет от 5 до 20% к массе продукта.

Жарка продукта с небольшим количеством жира предполагает предварительный разогрев жира до температуры 160-190 ⁰С, если используют жарку на жарочной поверхности, а затем помещают продукт. Жир подвергается действию высокой температуры, действию горячей влаги, испаряющейся из продукта и, кроме того, взаимодействует с кислородом воздуха. При этом способе жарки жир повторно не используется, поэтому считают, что в жире значительных изменений не происходит. За время жарки идёт частичный гидролиз жира за счёт влаги, выделяющейся из полуфабриката, и накопление незначительного количества продуктов окисления. При нагревании жира изменения его начинаются с плавления, в результате чего вязкость жира уменьшается. В дальнейшем это облегчает проникновение жира в продукт. По достижении определённой температуры жиры начинают разлагаться, идет гидролиз жира. Нагревание жира в виде тонкого слоя на отдельных участках посуды может привести к местному перегреву, особенно в случае неровности поверхности плиты или посуды. Температура, при которой жир начинает дымить, называется температурой или точкой дымообразования. Температура дымообразования зависит, прежде всего, от вида жира. В одинаковых условиях нагрева температура дымообразования для различных жиров неодинакова: коровье масло - 208 ⁰С; свиной жир - 221 ⁰С; хлопковое масло - 223 ⁰С; пищевой саломас - 230 ⁰С (для повышения температуры дымообразования создаются жировые композиции или смеси растительных и животных жиров, при этом растительные жиры частично гидрируют).

Температура дымообразования не является постоянной величиной. При хранении жира в нём накапливаются свободные жирные кислоты и растёт кислотное число. Чем выше кислотное число, тем ниже температура дымообразования.

Пиролиз жира зависит от материала посуды, в которой жир нагревается. Каталитически ускоряют разложение жира при нагревании такие металлы, как железо, медь.

Жарка во фритюре, подразделяется на два подвида: 1). отношение жира и продукта 20:1 или непрерывная жарка и 2). отношение жир: продукт - от 4:1 до 6:1.

Изменения жира в этих условиях изучается специалистами разных направлений. Но, прежде всего большой интерес протекающие процессы вызывают у химиков, поскольку необходимо вскрыть те причины, которые приводят к изменению жира. Технологи изучают изменение жира при фритюрной жарке, для выбора оптимальных условий ведения технологического процесса. Гигиенисты изучают накопление в жире вредных для организма веществ.

Большой интерес к изучению процесса фритюрной жарки вызван тем, что этот приём жарки широко используется при промышленном изготовлении кулинарных изделий (около 20 наименований кулинарных изделий выпускают крупные предприятия агропрома и рыбной промышленности, оборудованные автоматизированными поточными линиями большой производительности (например: кулинарные изделия из рыбы, картофеля: полуфабрикат жареного картофеля, картофель ’’любительский’’, картофель ’’хрустящий’’, рыба жареная, рыба в тесте и др.).

Непрерывная жарка имеет преимущества и в плане оптимизации процесса и сохранения расхода жира.

В чём заключается оптимизация процесса при непрерывной жарке. Главная причина снижения пищевой ценности жира и готовой продукции - в окислении жиров в процессе жарки, кроме того холостой нагрев жира (без продукта) приводит к большему его окислению, так как продукт, находясь на поверхности экранирует жир от контакта с кислородом воздуха, а также пары воды над поверхностью жира препятствуют его контакту с кислородом. Кроме того, такие вещества продукта, как редуцирующие сахара, аминокислоты, пигменты, витамины являются антиокислителями и тормозят процессы окисления жиров.

Это обеспечивается за счёт: 1) более низкие температуры фритюра (150-160 ⁰С), несмотря на это; 2) ускорение процесса обжаривания за счёт наличия значительного количества жира по отношению к обжариваемому продукту и наконец; 3) в связи с более низкими температурами снижения скорости термического разложения жира и окисления. И ещё один важный момент - в жарочных аппаратах поточных линий производится непрерывная фильтрация жира для удаления взвешенных частиц, попадающих из продукта и загрязняющих жир (проблема - герметизация процесса).

Непрерывная жарка позволяет получить готовую продукцию одинаково высокого качества, за счёт того, что при жарке поддерживается равномерное температурное поле. После жарки продукта соотношение жир: продукт изменяется за счёт поглощения жира продуктом. Уменьшение этого соотношения зависит от вида полуфабриката и его величины, а в случае небольших кусков - от суммарной поверхности кусков. Зависимость здесь прямая: чем больше поверхность соприкосновения, тем больше количество жира поглощается продуктом. Количество жира при непрерывной фритюрной жарке пополняется автоматически. Качество жира в этом случае зависит от коэффициента сменяемости К:

К=П/М, (1)

где П - количество жира, поглощаемого продуктом в единицу времени; М- количество жира, одновременно загружаемого в аппарат.

Чем больше коэффициент сменяемости, тем медленнее жир подвергается изменениям, поскольку долив свежего жира приводит к сохранению равновесного состояния системы и жир мало изменяется.

В предприятиях общественного питания этот способ жарки (фритюрный) производится с использованием разного оборудования и посуды (наплитная посуда, электрические сковороды, фритюрницы; для обжаривания пирожков и пончиков - автоматы). В качестве наплитной посуды используются кастрюли, противни с высокими бортами (неровности в дне посуды приводят к местному перегреву). В предприятиях общественного питания речь, как правило, идёт о периодической жарке. Длительный нагрев жира, иногда холостой, периодическое использование жира для жарки, последующее охлаждение до комнатной температуры, а затем вновь его нагрев создают условия, как для термического окисления, так и для автоокисления жиров. Если фритюр используется в течение дня, то изменения жира в начале и в конце процесса обжаривания неодинаковы - на начальном этапе жарки (при периодической фритюрной жарке) в жире содержится очень незначительное количество веществ, переходящих из продукта в окружающую среду, и незначительное количество кусочков самого полуфабриката, а к концу процесса всё это резко возрастает и жир претерпевает значительные изменения.

Обжаривание продукта при периодическом цикле начинается с соотношения жир: продукт 4:1, но затем это соотношение уменьшается и полуфабрикат дожаривается в полуфритюре.

Для поддержания температуры жира при периодической жарке на определённом уровне нельзя допускать изменения соотношение жир: продукт ниже, чем 4:1, это позволит избежать удлинения сроков жарки, а следовательно, получить готовую продукцию определённой нормируемой массы и высокого качества. Таким образом, температура фритюра важна не только с точки зрения уменьшения окислительных процессов, но и доведение продуктов до состояния кулинарной готовности. Поскольку продолжительность фритюрной жарки в зависимости от вида полуфабриката и температуры жира не превышает 3-8 мин, то при слишком высокой температуре фритюра почти мгновенное образование корочки приводит к тому, что внутри продукт остаётся сырым, а недостаточный нагрев - к излишнему высыханию полуфабриката, снижению его сочности и, конечно, выхода изделия. В настоящее время уже существуют оптимальные режимы жарки для некоторых полуфабрикатов.

Менее нагретый фритюр используют для жарки полуфабрикатов с большим содержанием влаги (t=140-150 ⁰C); для жарки изделий из теста (пирожков, пончиков)- используют фритюр - t=180-190 ⁰C (картофель «фри», картофель «пай», рыба в тесте, яблоки в тесте и др.).

Физико-химические изменения жира при жарке во фритюре.

1). Предварительный нагрев жира до введения в него продукта приводит к дымообразованию. В состав дыма входит акролеин - ненасыщенный альдегид, образующийся при разложении глицерина под действием высоких температур:

2). Постепенно акролеин в жире накапливается придавая ему, так называемый «царапающий» привкус. Акролеин обладает едким запахом и раздражающе действует на слизистые оболочки глаз, носа, горла.

3). По достижении требуемой температуре в жир помещают полуфабрикатов, из которого начинает бурно выделяться влага. Весь объём жира интенсивно перемешивается, вспенивается, увеличивается поверхностное соприкосновение его с воздухом, т.к. в жир вводится значительное количество воздуха.

Таким образом, создаются благополучные условия, для гидролиза и окисления жира, а также для взаимодействия с веществами, которые попадают в жир из полуфабриката (растворимые сахара, витамины, низкомолекулярные углеводы, азотистые вещества, растворимые минеральные вещества.).

Образование свободных жирных кислот в результате гидролитических процессов и высокая температура приводят к интенсификации окислительных процессов. Быстрее всего окисляются ненасыщенные жирные кислоты (реакция имеет цепной характер).

При термическом окислении ненасыщенная жирная кислота под действием тепла образует свободный (или активный) радикал в результате отрыва атома водорода.

Поскольку в системе присоединяется кислород, то радикал взаимодействует с молекулой О₂ с образованием перекисного радикала.

Теперь уже перекисный радикал реагирует с новой молекулой насыщенной жирной кислоты, отрывая от неё атом водорода. В результате образуется гидроперекись и свободный радикал.

Как видно, гидроперекись образуется не по двойной связи, а у соседнего более активного углеродного атома.

Высокая температура, длительный нагрев, а также присутствие в системе кислорода может привести к более глубокому процессу окисления, наблюдается, когда кислород присоединяется непосредственно по месту разрыва второй связи, образуя циклические перекиси.

Первичным продуктом окисления свободных жирных кислот являются перекиси. При этом фритюрная жарка приводит и к быстрому образований перекисей и такому же быстрому их распаду. Накопление свободных жирных кислот в результате гидролиза и образование низкомолекулярных кислот при распаде перекисей непрерывно увеличивает кислотное число фритюрного жира, а перекисное число скачкообразно изменяется.

Перекиси, гидроперекиси и циклические перекиси являются первичными нестойкими продуктами окисления и характеризуют начальный этап изменения жира. Распадаясь при высокой температуре, первичные продукты окисления дают ряд промежуточных, как, например, альдегиды или эпокиси:

Промежуточные продукты окисления на более поздних стадиях нагрева образуются достаточно стабильные вторичные продукты окисления, такие как диокислоты, полиокислоты, дикарбонильные соединения, а также производные жирных кислот с сопряжёнными двойными связями.

Сопряжённые двойные связи в жирных кислотах природных жиров не встречаются. Образуются они в результате изомеризации жирных кислот при фритюрной жарки. Всё это приводит к возрастанию оптической плотности жира при длине волны 232-234 нм. Оптическая плотность - метод контроля и показатель качества жира.

Вторичные продукты окисления способны к реакции конденсации и полимеризации, когда реакционно-способные мономеры соединяются между собой посредством атомов углерода или кислородных мостиков. В результате накапливаются вещества с повышенной молекулярной массой. Увеличивается вязкость жира и растёт его удельная масса. В жире постоянно увеличивается ацетильное число (моно- и диглицериды, оксикислоты приводят к накоплению ОН- группы) и уменьшается йодное. Обусловлено это и окислительными по месту двойных связей и накоплением высокомолекулярных веществ.

Накопление в жире новых функциональных групп (карбонильных, карбоксильных, гидроксильных) приводит к увеличению коэффициента преломления.

Итак, физико-химические изменения при фритюрной жарке значительны. Количество продуктов окисления не должно превышать 1%.

Факторы, влияющие на скорость химических изменений фритюрного жира:

1). Известно, что одним из основных факторов, влияющих на скорость химических изменений фритюрного жира - температура. Повышение температуры ускоряет пиролиз, а также гидролитические и окислительные процессы. Например, при 200 ⁰С гидролиз жира протекает в два с половиной раза быстрее, чем при 180 ⁰С. При температурах свыше 200 ⁰С помимо пиролиза заметно ускоряются нежелательные процессы полимеризации.

2). Это контакт жира с кислородом воздуха, без доступа которого даже длительное нагревание при 180-190 ⁰С не вызывает заметных окислительных изменений жира. Увеличение контакта с воздухом способствует нагреванию жира тонким слоем, жарка продуктов пористой структуры, сильное вспенивание и перемешивание жира.

3). Присутствие в жире катализаторов и инициаторов окисления, увеличивающих скорость окислительных процессов (хлорофилл, Fe, Cu, Co, Mn и др.).

Скорость автоокисления жира можно заметно затормозить, вводя в него ничтожные количества антиоксидантов (ингибиторов окисления), механизм действия которых неодинаков. Некоторые антиоксиданты (каротин, изомеры токоферола - естественные; бутилоксианизол, бутилокситолуол, производные фенола - искусственные) связывают свободные радикалы, переводя их в неактивное состояние. Однако, при высоких температурах жарки, большинство естественных и искусственных антиоксидантов разрушается или испаряется.

4). Химический состав обжариваемых продуктов, т.к. в некоторых из них содержатся в значительном количестве антиоксиданты. (Это белки, некоторые вещества, образующиеся в результате реакции меланоидинообразования) обладают редуцирующим действием и могут прерывать цепь окислительных превращений. Более заметное окисление фритюрных жиров при холостом нагреве по сравнению с окислением их при обжаривании продуктов можно объяснить антиокислительным действием других компонентов, входящих в состав продуктов (витамин С, некоторые аминокислоты, глютатион).

5).Устойчивость жира к окислению зависит от степени его ненасыщенности. (Они окисляются быстрее насыщенных). Поэтому для жарки во фритюре рекомендуются жиры, не содержащие белков, большое количество воды и других поверхностно-активных веществ - это рафинированные растительные масла, комбижиры на их основе, топлёные жиры и, в первую очередь, специально выпускаемые промышленностью фритюрные жиры.

Изменение органолептических свойств жира. Содержащиеся в жире пигменты (каротиноиды, хлорофилл, госсипол и другие), легко разрушаются под действием нагрева. Поэтому в начале нагревания цвет жира несколько светлеет, а по мере дальнейшего увеличения температуры и продолжительности теплового воздействия начинает темнеть.

Причины потемнения жира:

1). Загрязнение жира веществами пирогенетического распада, образующимися при обугливании мелких частиц обжариваемых продуктов.

2). Реакции меланоидинообразования и карамелизации (о них будет сказано в следующих лекциях курса). Источником аминных групп, учавствующих в реакции меланоидинообразования, могут служить обжариваемые продукты, фосфолипиды, входящие в состав нерафинированных масел.

3). Накопление тёмноокрашенных продуктов окисления самого жира. Известно, что две стоящие рядом карбонильные группы обуславливают появление окраски у соединений, в состав которых входят. Эти соединения легко вступают в реакцию конденсации, что приводит к дальнейшему усилению окраски.

4). Присутствие в некоторых жирах хромогенов (слабоокрашенных или бесцветных веществ). При окислении и других факторах хромогены интенсивно окрашиваются. Кроме того, чистые неокисленные триглицериды не имеют вкуса и запаха. В процессе же фритюрной жарки образуются летучие вещества (вещества с укороченной цепью), которых в гретых фритюрных жирах обнаружено свыше 220 видов. Некоторые из них придают определённый запах обжариваемому продукту и самому жиру. Например, некоторые карбоксильные производные, содержащие 4, 6, 10 и 12 атомов углерода, придают фритюру приятный запах жареного, а карбонильные компоненты, содержащие 3,5 или 7 углерода атомов, отрицательно влияют на запах фритюра.

Взаимодействие аминокислот (особенно метионина) и белков обжариваемого продукта с фритюром обуславливает появление вкуса продукта.

Жир, используемый длительно для фритюрной жарки приобретает тёмную окраску и одновременно жгуче-горький вкус, появляется едкий запах горелого. Объясняется это накоплением в жире акролеина, содержание которого возрастает по мере снижения температуры дымообразования. Горький вкус и запах обусловлены в основном продуктами пирогенетического распада пищевых продуктов; образовавшимися меланоидинами.

Таким образом: сильное вспенивание и снижение температуры дымообразования (менее 190 ⁰С) делают жир непригодным для жарки.

Кроме того, при обжаривании продуктов, богатым белком (мясо, рыба, птица) потемнение жира происходит быстрее, чем существенное изменение его химических показателей. Если в продукте мало белка и много крахмала, фритюр, несмотря на значительные окислительные изменения, продолжительное время остаётся светлым. Иногда в жире, совершенно тёмном, обнаруживаются незначительные окислительные изменения, продолжительное время остаётся светлым.

По мере увеличения продолжительности использования фритюра, возрастает его вязкость за счёт накопления высокомолекулярных продуктов полимеризации окисленного жира, уменьшается скорость теплопереноса, уменьшаются свойства жира как теплопередающей среды. Это приводит к появлению на корочке обжариваемого продукта неравномерной окраски (пятен), затрудняется доведение продукта до готовности. Однако по органолептическим показателям нельзя судить о степени окисленности жира. В таком случае необходимо провести физико-химические исследования.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: