Меланоидинообразование

Для протекания реакции меланоидинообразования необходимо присутствие редуцирующих сахаров (альдозы, которые теряют воду и превращаются в N – замещенный глюкозиламин) и аминной группы аминокислоты, полипептидов и белков.

Реакция меланоидинообразования происходит в процессе хранения продуктов, ускоряется при повышении температуры и проявляется при пастеризации, варке, дегидратации. Неэнзиматическое побурение наблюдается в процессе хранения соков, сухофруктов, сгущенного молока, яичного порошка, сухого молока и т.д. Потемнение цвета и появление нежелательного вкуса и запаха продукта расценивается как потеря пищевой ценности. В некоторых случаях этот процесс положителен, например, появление корки при выпечке хлебобулочных изделий, специфический вкус и запах жареного мяса и картофеля и др.

Реакция меланоидинообразования в общем виде – это реакция термической конденсации углеводов и белков, а меланоидины – это гетерогенная группа высокомолекулярных соединений, образование которых сопровождается накоплением в пищевой системе продуктов деструкции углеводов, аминокислот и остатков их совместного взаимодействия.

Меланоидинообразование – это многоступенчатая реакция, в которой одновременно принимает участие много веществ. Поэтому определение конечных продуктов в полном составе невозможно, а разделение процесса на стадии является чисто условным. Реакция впервые была описана в 1912 году Майаром и была названа в его честь.

Начальным этапом меланоидинообразования является образование сахароаминных комплексов в результате сахароаминной конденсации и их преобразование.

Сахароаминная конденсация (взаимодействие сахаров с аминокислотами с образованием N-гликозидов) – обратимая реакция, которая протекает при соотношении сахара и свободных аминогрупп 1: 1.

Енаминол – форма N-гликозида - далее может реагировать в двух направлениях. Первое - перегруппировка Амадори. В процессе нагревания или длительного хранения в N-гликозиде енольный водород самопроизвольно перемещается к атому углерода с образованием двойной связи и образуется енольная форма 1-амино-1-дезокси-2-кетозы. Вначале образуется 2,3-единол, а после отщепления амина – α-, β-дикарбонильные соединения и редуктоны. Реакционноспособные α- и β-ненасыщенные кетоны могут либо полимеризоваться в высокомолекулярные коричневые меланоидины, либо расщепляться на простые летучие ароматообразующие вещества, которые или образуют вкусоароматический комплекс, или вторично вступают в реакцию с аминами до образования меланоидинов.

Альдоза + аминосоединение		N-замещенный гликозиламин + Н2О
	Перегруппировка Амадори
1-Амино-1-дезокси-2-кетоза (1,2-енольная форма)
Дегидратация		Расщепление
- Н2О	-3 Н2О
Редуктоны
	Фурурол или оксиметилфурфурол
Дегидроредуктоны
		Короткоцепочные карбонильные соединения
Деградация Штрекера
Альдегид	Аминосоединение	СО 2
Альдозы	Альдимины	Кетомины
	Меланоидины

Рис. 4.2. Механизм реакции меланоидинообразования

Второе направление реакции – образование дезоксиозонов через элиминирование гидроксильных групп у третьего углеродного атома.

Дезоксиозоны при отщеплении воды замыкаются в кольцо с образованием фурфурола и 5- оксиметилфурфурола.

Одновременно в процессе расщепления аминного компонента появляются вещества, участвующие в образовании аромата.

Рис.4.3. Основные пути реакции Майара

На течение реакции влияет как концентрация компонентов, так и сами компоненты. Наиболее интенсивно течение реакции в присутствии глюкозы, менее – полисахаридов. Это же относится и к аминной фракции. Известно, что концентрация NH₂ –группы в белках невелика, так как они в основном участвуют в образовании полипептидных цепей. Поэтому присутствие свободных аминокислот, пептидов, низкомолекулярных белков активизируют ход сахароаминной конденсации.

На второй стадии, когда появляется тёмная окраска, происходит обезвоживание и распад сахарного остатка указанного комплекса с образованием фурфурола, альдегидов, муравьиной кислоты. Это промежуточные продукты. Большая часть реакций на этом этапе касается сахарного компонента, то есть существует определенная связь между реакцией карамелизации и меланоидинообразования.

При термическом воздействии аромат образуется вследствие расщепления аминокислот по Штрекеру, происходит процесс окислительного дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот в альдегиды или кетоны, содержащий на один атом углерода меньше, чем исходная аминокислота. Альдегиды являются эффективными ароматообразующими веществами

На конечной стадии реакции меланоидинообразования наблюдается сложное сочетание различных реакций. В результате полимеризации, конденсации образуются растворимые и нерастворимые красящие вещества не установленной структуры – меланоидины. Они имеют интенсивную коричневую окраску и дают растворы, сильно флуоресцирующие в ультрафиолетовом свете.

На скорость образования меланоидинов оказывает влияние температура, реакция среды, содержание влаги в растворе, вида сахара и аминокислот.

При температурах до 100⁰С реакция меланоидинообразования протекает медленно. На ход реакции оказывает влияние присутствие водородных ионов, они тормозят эту реакцию, при рН=2,1 реакция не происходит.

Если редуцирующие сахара взаимодействуют с фосфатидами, то образуются меланофосфатиды (при жарке пирожков).

Свойства меланоидинов:

Ø растворимы в воде;

Ø являются ненасыщенными соединениями;

Ø обладают специфичным запахом и вкусом.

Для предупреждения реакции меланоидинообразования используют соединения, легко связывающиеся с карбонильными группами - перекись водорода, серная кислота. Блокировка этих реакций может быть осуществлена путём устранения одного из взаимодействующих соединений, например глюкозы или добавления фермента глюкозооксидазы, что используется при производстве яичного порошка.

Чем интенсивнее темнеет продукт, тем ниже пищевая ценность его белкового компонента.

При этом теряется от 20 до 50% свободных аминокислот. Наиболее значительны потери аминокислот и сахаров при жарке мяса. Таким образом, меланоидинообразование снижает пищевую ценность готового продукта, а с другой стороны - улучшает органолептические показатели кулинарных изделий.

Считается весьма перспективным использование меланоидиновых препаратов для имитации цвета, вкуса и запаха жареных продуктов, так как это позволяет исключить процесс жарки.

Изучение реакции меланоидинообразования позволило улучшить технологический процесс производства некоторых пищевых продуктов. Так, для улучшения вкусовых свойств пива вместо жженого солода рекомендуется применять препарат из солодовых ростков.

Доказано, что карбонильные соединения, образующиеся при окислении липидов, взаимодействуют с аминоруппами протеидов (разновидность реакции Майара). При этом образуются соединения, устойчивые к действию ферментов. Следовательно, окисленные липиды снижают биологическую и пищевую ценность белков.

Контрольные вопросы

1. Дайте общую характеристику углеводов пищевых продуктов.

2. Какие физико-химические и технологические функции присущи сахарам?

3. В каких технологических процессах происходит гидролиз дисахаридов и как он влияет на качество продукции?

4. Какие технологические факторы влияют на глубину инверсии сахарозы?

5. Роль процессов брожения в технологии пищевых продуктов.

6. Значимость процесса карамелизации в технологии продуктов питания.

7. Какие сахара участвуют в реакции Майара?

8. В каких технологических процессах протекают реакции меланоидинообразования и как они влияют на качество кулинарной продукции?

С крахмалом как сырьем инженер-технолог имеет дело как с товарным продуктом, а так же в составе крахмалсодержащих продуктов – муки, круп, овощей, макаронных изделий, хлеба и т.д. Крахмал содержится так же во фруктах, таких как бананы, и бобовых. Поведение крахмала в технологических процессах в чистом (товарном) виде и в составе крахмалосодержащих продуктах несколько отлично, что обусловлено влиянием структуры продукта.

Благодаря своим физико-химическим и функциональным свойствам крахмал играет значительную роль в технологиях пищевых продуктов как вещество, способное повышать вязкость пищевых систем, в том числе соусов, супов, как стабилизатор студней и эмульсий, а также как связывающее и наполняющее вещество в рубленых изделиях из мяса и рыбы. Его влияние на структуру продукта определяется его свойствами гидроколлоида.

С другими целями в пищевой промышленности крахмал используют:

Ø для защиты гигроскопичных порошкообразных веществ, так как крахмал адсорбирует влагу, не образуя грудок;

Ø для смешения с мукой с целью корригирования содержания в ней белка;

Ø в производстве аперитивов, экструдированных продуктов;

Ø в производстве алкогольных напитков и т.д.

Крахмал - сложный полисахарид, играющий важную роль и в питании человека. В клетках растений крахмал откладывается в виде зёрен различной формы и величины, характерных для данного рода растений.

Наибольшую величину имеют зёрна корнеплодного крахмала (до 100микрон), пшеничного – 6..75 мкм, а рисовый, маисовый – еще более мелкие (2-15 мкм). Величина крахмального зерна определяется возрастом растений, местом синтеза крахмала в зерне и т. д. Величина зерна определяет ряд его свойств, т. к. крупные зёрна крахмала клейстеризуются при более низких температурах, легче переходят в растворимую форму, более устойчивы к воздействию ферментов. По форме крахмал имеет вид зерна с природной организованной структурой. Зерна представляют собой сферические кристаллы.

Крахмал состоит из двух фракций, различных по своим свойствам: амилозы (10…20%) и амилопектина (80…90%). Оба полисахарида состоят из остатков α-Д-глюкопираноз.

Амилоза представляет собой линейный полисахарид, остатки глюкопираноз которой соединяются с помощью α-1- 4 - глюкозидных связей, может объединять от 2000 и свыше 6000 остатков. Амилоза растворима в воде и даёт однопроцентные золи. Различные фракции амилозы по-разному растворяются в воде, низкополимерная часть амилозы (лёгкая, степень полимеризации до 2000) растворяется в холодной воде, более тяжёлая часть (до 6000) - в горячей воде, а самая высокополимерная - в растворах щёлочи и осаждается при нейтрализации.

Растворы амилозы очень неустойчивы т. к. при хранении они ретроградируют, вызывая постепенное разрушение коллоидного раствора с выпадением растворимых веществ в осадок.

Последние данные говорят о том, что высокополимерная амилоза может иметь ответвления в прямых цепочках. С йодом амилоза даёт характерное синее окрашивание. Имеется такая зависимость: чем длиннее цепочка, тем более интенсивное синее окрашивание.

Установлено, что амилоза содержит наибольшее количество легко отщепляющихся остатков фосфорной кислоты.

Амилопектин - представляет собой полимер с высокой степенью полимеризации, до 1млн остатков, которые соединены связью α-1-4, а в точках ветвления связью α-1-6. Длина ответвлений от 20 до 30 глюкозидных остатков.

С йодом амилопектин даёт красно-фиолетовое окрашивание. Он более трудно растворим в горячей воде, но растворы его более устойчивы, чем амилозы. При этом амилопектин даёт гелеподобные системы разной консистенции.

Соотношение амилозы и амилопектина в различных крахмалах не одинаково, как правило, больше амилопектина. Но в некоторых растениях встречаются крахмалы, совершенно не содержащие амилозы, только амилопектин. Это крахмал восковидных сортов кукурузы, сорго, он даёт очень вязкий прозрачный клейстер, не стареющий при хранении. В Америке выращивают сорта кукурузы, крахмал которой содержит почти одну амилозу (до 70%), из такого крахмала можно готовить тонкие плёнки для пищевых целей, как упаковочный материал.

Крахмальное зерно - сложное биологическое образование с хорошо организованной формой и структурой, с примерно одинаковым количеством частей кристаллических и аморфных, или гелеподобных, участков (Рис. 5.1).

Рис.5.1. Схема строения крахмального зерна

В крахмальном зерне имеется более или менее расположенное центральное ядро, называемое зародышем или точкой роста. Вокруг ядра концентрические слои "колец роста", которые особенно характерно просматриваются у картофельного крахмала.

Амилоза и амилопектин в зерне располагаются строго упорядочено. Считают, что линейные участки амилопектина и цепочки амилозы за счёт водородных и эфирных связей образуют пучки, они в свою очередь объединены в микрофибриллы. Микрофибриллы в крахмальном зерне расположены радиально, причём они в зерне находятся в виде двойной спирали. Установлена высокая степень ориентации крахмальных цепочек в направлении, перпендикулярном поверхности зерна.

В трещинах и щелях часто хорошо видна слоистая структура или радиально-кристаллическое строение. В поляризованном свете крахмальные зёрна ярко светятся и образуют "мальтийский крест" характерный для сферически - кристаллической структуры. Крахмальное зерно пронизано порами и наружная поверхность его обладает свойствами

.

Производство кулинарной продукции предъявляет различные требования к используемым крахмалам в зависимости от вязкости, способности к студнеобразованию, прозрачности, стойкости при хранении и т.д. В настоящее время есть возможность использовать не только природные крахмалы, но и продукты их химической модификации. Большинство зерновых крахмалов образуют непрозрачные клейстеры, которые широко используются при получении пищевых гелей, особенно в производстве конфет, в которых содержание крахмала составляет 10…14%.

Таблица 5.1. Физико-химические свойства крахмалов, выделенных из различных растений

Кукурузный крахмал и крахмал зернового сорго широко используется в пищевых технологиях. Они образуют вязкие, не очень тягучие и мутные студни с типичным зерновым привкусом. При специальной обработке образуют жесткие студни. Используются для загущения соусов, подливок, желе, наполнителей мучных изделий. Непригодны для замораживаемых продуктов, так как их клейстеры быстро ретроградируют. Добавление такого крахмала к пшеничной муке из твердой пшеницы делает ее более мягкой. Кукурузный крахмал применяется в производстве крекеров для регулирования качества муки твердой пшеницы, для придания прочности стаканчикам для мороженого и вафлям. Пересушенный крахмал в количестве 3% вводится в сахарную пудру для предотвращения образования комочков, используется в технологии майонезов и салатных заправок.

Рисовый крахмал. Его использование ограничено высокой стоимостью и особенными технологическими свойствами. Мутные студни не находят широкого применения в технологии общественного питания. Рисовый крахмал имеет характерные мелкие зерна, что и обуславливает его свойства. Некоторые рисовые крахмалы используются в пивоваренной промышленности, рисовая мука, содержащая крахмал, может использоваться как стабилизатор при замораживании белых соусов, пудингов, причем выполнять эту функцию лучше, чем очищенный крахмал.

Пшеничный крахмал. По сравнению с другими клейстеры с пшеничного крахмала имеют меньшую вязкость и проявляют повышенную тенденцию к образованию мягких студней. Используется в хлебопекарной промышленности для придания определенных свойств пшеничной муке, улучшения качества дрожжевых изделий из мягкой муки, для улучшения раскатываемости массы для печенья. Модифицированный низкокипящий пшеничный крахмал используется в салатных заправках, супах и заварных кремах.

Картофельный крахмал. На его основе базируется подавляющее большинство технологий кулинарной продукции с использованием крахмала. Образует тягучие прозрачные клейстеры, что дает возможность использовать его в производстве киселей, супов, подливок, соусов, желе.

При кулинарной обработке крахмала и крахмалосодержащих продуктов наблюдаются следующие изменения:

Ø набухание и клейстеризация;

Ø ферментативное расщепление;

Ø декстринизация.

Растворимость крахмала пока мало изучена, но установлено, что чем длиннее цепочка крахмального полисахарида, тем хуже он растворяется. Однако, при воздействии на крахмал химических реагентов при воздействии тепла, окисление и т. д. растворимость природного крахмала резко увеличивается т. к. сокращается длина амилозной цепи. Это свойство полисахаридов используется при промышленной модификации крахмала.

Наиболее часто крахмал подвергается воздействию тепла и воды, в результате чего крахмальные зёрна претерпевают значительные изменения с образованием крахмального клейстера, а сам процесс называется клейстеризация.

Первоначально процесс клейстеризации сопровождается набуханием. При повышении температуры до 55⁰С структура крахмального зерна, суспезированного в воде, начинает изменяться, вода при этом проникает через поры внутрь зерна, растворяет часть крахмальных полисахаридов, прежде всего низкополимерную амилозу, которая и переходит в окружающую среду. Но слоистое строение крахмального зерна сохраняется, зёрна ограничено набухают, однако повышение вязкости суспензии не наблюдается. И если после этого воздействия крахмал высушить, он почти не отличается от нативного.

При нагревании крахмальной суспензии в интервале температур от 60 до 65⁰С крахмальные зёрна увеличиваются в объёме в несколько раз, поглощая большое количество воды.

При температуре от 65 до 80⁰С большинство крахмальных зёрен необратимо набухают и клейстеризуются, при этом они теряют свою кристаллическую структуру, исчезает слоистость и крахмальное зерно напоминает пузырёк, заполненный жидким содержимым. Вязкость суспензии резко возрастает, исчезает анизотропия.

При температуре свыше 80⁰С и продолжительном нагревания вязкость суспензии снижается, так как разрывается оболочка крахмального зерна и содержимое крахмального зерна выливается наружу, структура зерна нарушается.

При клейстеризации внутри пузырьков содержится растворённая амилоза и набухший или частично растворённый амилопектин.

Температура, при которой зёрна крахмала достигают 1-й стадии клейстеризации, называются температурой клейстеризации.

Для различных видов крахмала обычно указывается не температура клейстеризации, а температурный интервал, в котором происходит клейстеризация всех зёрен.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: