3.5 Изменения углеводов пищевых продуктов

Углеводы составляют значительную часть рациона питания че­ловека. Пища растительного происхождения в первую очередь со­держит углеводы.

Все углеводы делятся на простые (монозы) и сложные (олигосахариды, полисахариды). Простыми углеводами называют углево­ды, не способные гидролизоваться с образованием более простых соединений.

Основными представителями моносахаров (моноз) являются глюкоза и фруктоза, которые играют важную роль в пищевой тех­нологии и являются важными компонентами продуктов питания и исходным материалом (субстратом) при брожении.

В природе широко распространены также арабиноза, рибоза, ксилоза, главным образом в качестве структурных компонентов сложных полисахаридов (пентозанов, гемицеллюлоз, пектиновых веществ), а также нуклеиновых кислот и других природных поли­меров.

Молекулы полисахаридов построены из различного числа ос­татков моноз. Наиболее широко распространены дисахариды маль­тоза, сахароза и лактоза (молочный сахар).

Высокомолекулярные полисахариды состоят из большого чис­ла остатков моноз (до 6 — 10 тыс.). Они делятся на гомополисахариды, построенные из остатков моносахаридов одного вида (крах­мал, гликоген, клетчатка), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов.

С точки зрения пищевой ценности углеводы делятся на усвояемые и неусвояемые. К усвояемым относятся все моно- и дисахари­ды, крахмал, гликоген, к неусвояемым — клетчатка, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, лигнин. Эти полисахариды входят в состав клеточных стенок растений, называются пищевыми волок­нами и не усваиваются нашим организмом, так как ферменты же­лудочно-кишечного тракта человека не расщепляют их.

Физиологическая роль отдельных углеводов заключается в сле­дующем.

Глюкоза Является сахаром, в виде которого углеводы циркулируют в крови, а также питательным веществом для мозга.

Фруктоза Имеет особый путь превращения в печени в гликоген. Для этого не требуется инсулин, поэтому фруктоза может потребляться людьми, страдающими сахарным диабетом.

Лактоза Подавляет нежелательную микрофлору желудочно-кишечного тракта. Лактоза способствует развитию молочнокислых бактерий, которые подавляют рост патогенных микроорганизмов.

Мальтоза Сахар для страдающих болезнями желудочно- кишечного тракта, так как не сбраживается в кишечнике.

Сахароза Очень легко усваивается. Не имеет специфических положительных функций. Несет только энергетические функции.

Ощущение сладкого, воспринимаемое рецепторами языка, то­низирует центральную нервную систему. Наиболее сладким саха­ром является фруктоза.

Таблица 2 - Относительная сладость некоторых сахаров, %

Сахара	Сладость,%
Сахароза	100
Фруктоза	173
Глюкоза	74
Галактоза	32,1
Мальтоза	32,5
Лактоза	16
Инвертный сахар	130

Крахмал — полисахарид, являющийся смесью полимеров двух типов, отличающихся пространственным строением — амилозы и амилопектина. Является резервным полисахаридом растений (зер­но, картофель). Крахмал в отличие от сахарозы не приводит к бы­строму увеличению сахара в крови и является основным источни­ком глюкозы.

В ходе гидролиза постепенно идет деполимеризация крахмала с образованием декстринов, затем мальтозы, а при полном гидро­лизе — глюкозы.

Крахмальные зерна при обычной температуре не растворяются в воде, при повышении температуры набухают, образуя вязкий колло­идный раствор. Этот процесс называется клейстеризацией крахмала.

Гликоген (животный крахмал) — основной запасный углевод, биополимер, состоящий из остатков глюкозы, является компо­нентом всех тканей животных и человека. Он служит важным ис­точником энергии и резервом углеводов в организме. Кроме того, гликоген участвует в регуляции водного баланса клеток. Значитель­ная часть гликогена связана в клетках с белками.

Наиболее высокое содержание гликогена наблюдается в пече­ни, в среднем (2—6)% массы влажной ткани. Хотя концентрация этого полисахарида в мышцах значительно ниже (0,5 — 1,5) %, од­нако в норме 2/3 от общего его количества находится в мышцах.

Избыток потребления усвояемых углеводов приводит к разви­тию многих болезней, в первую очередь, ожирения, а также диа­бета и атеросклероза.

Неусвояемые в организме человека углеводы: целлюлоза (клетчатка), пектиновые вещества, или пищевые волокна, обладают рядом полезных свойств, без которых организму человека очень сложно хорошо функционировать. Так, клетчатка создает благоприятные условия для продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту, норма­лизует деятельность полезных микроорганизмов кишечника, спо­собствует выведению из организма холестерина, создает чувство насыщения, чем снижает аппетит. Однако чрезмерное потребле­ние клетчатки приводит к уменьшению усвояемости основных пи­щевых веществ.

Пектин способствует выведению из организма тяжелых метал­лов, участвует в подавлении жизнедеятельности гнилостных мик­роорганизмов. Он эффективнее, чем клетчатка, способствует сни­жению холестерина в крови и удалению желчных кислот. Больше всего пектина содержится в вишне, яблоках, абрикосах, черной смородине.

Углеводы при хранении и переработке пищевого сырья претер­певают разнообразные и сложные превращения. Это в первую оче­редь кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов, сбраживание моносахаридов, меланоидинообразование и карамелизация.

Потребность человека в углеводах связана с его энергетическими затратами и равна (365 — 500) г/сут, в том числе крахмала (350—400) г/сут, моно- и дисахаридов (50—100) г/сут, пищевых волокон до 25 г/сут.

Физико-химические и биохимические изменения, происходя- щие с углеводами в процессе технологической обработки продук- тов, существенно влияют на качество готовых изделий.

В процессе технологической обработки пищевых продуктов сахара могут подвергаться кислотному и ферментативному гидро лизу, а также глубоким изменениям, связанным с образованием окрашенных веществ (карамелей и меланоидинов).

При нагревании дисахариды под дей- ствием кислот или в присутствие ферментов гидролизуются до моносахаридов. Сахароза в водных растворах под влиянием кислот присоединяет молекулу воды и расщепля- ется на равные количества глюкозы и фруктозы. Полученная смесь глюкозы и фруктозы вращает плоскость поляризации не вправо, как сахароза, а влево. Такое преобразование правовращающей сахарозы в левовращаюшую смесь моносахаридов называется инверсией, а эквимолекулярная смесь глюкозы и фруктозы- - инвертным сахаром. Последний имеет более сладкий вкус, чем сахароза. Инвертный сахар образуется, например, при варке кисе- лей, компотов, запекании яблок с сахаром.

Степень инверсии сахарозы зависит от продолжительности тепловой обработки, а также вида и концентрации содержащейся в продукте кислоты.

Карамелизация. Нагревание сахаров при температурах, превы- шающих 100⁰С, в слабокислой и нейтральной средах приводит к образованию сложной смеси продуктов, свойства и состав которой изменяются в зависимости от степени воздействия среды, вида и концентрации сахара, условий нагревания и т. д.

Нагревание глюкозы в слабокислой и нейтральной средах вызывает дегидрата- цию сахара с выделением одной или двух молекул воды. Ангидри- ды сахаров могут соединяться друг с другом или с неизмененным сахаром и образовывать так называемые продукты реверсии (кон- денсации). Под продуктами реверсии, образующимися при раз- ложении сахаров, понимают соединения с большим числом глю- козных единиц в молекуле, чем у исходного сахара.

Последующее тепловое воздействие вызывает выделение треть- ей молекулы воды с образованием оксиметилфурфурола, который при дальнейшем нагревании может распадаться с разрушением углеводного скелета и образованием муравьиной и левулиновой кислот или образовывать конденсированные (окрашенные)соеди- нения.

По мере нагревания сухой сахарозы отщепляется все больше молекул воды, в результате чего образуется большое количество продуктов разложения, в том числе производных фурфурола, альдегидов, акролеина, двуокиси углерода, смеси ангидридов.

При отщеплении от молекул сахарозы двух молекул воды образуется карамелан (С₁₂Н₁₈О₉ ) – вещество светло – соломенного цвета, растворяющееся в холодной воде. При отщеплении от трех молекул сахарозы восьми молекул воды карамелен (С₃₆Н₅₀О₂₅ ), имеющий ярко – коричневый цвет с рубиновым оттенком. Карамелен растворяется в холодной и кипящей воде. Более сильное обезвоживание нагреваемой массы приводит к образованию темно – коричневого вещества – карамелина (С₂₄Н₃₀О₁₅ ), которое растворяется только в кипящей воде. При длительном нагревании образуются гуминовые вещества, растворимые только в щелочах.

Продукты карамелизации сахарозы являются смесью веществ различной степени полимеризации, поэтому деление их на карамелан, карамелен, карамелин условное; все эти вещества можно получить одновременно.

Меланоидинообразование. При взаимодействии альдегидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, аминокислот образу- ются различные карбонильные соединения и темноокрашенные продукты — меланоидины.

СН₂ – NН – – СН₂ – NН – – CН₂ СН₃ СН₃ Восстановление

Метилглиоксаль

С=О СОН - Амин СОН С – О СОН

│ ║ │ │ │

Диацетил

║

СОН

Ацетон

1 – Амино –

Ацетальдегид

-Н₂О

НС = О Н₂ N – – НС = N – – НС – NН – – + Амин

│ │ ║

НСОН НСОН СОН

│ │ │