При невысоких температурах реакции протекают медленно, при температурах, близких к 100 °С и выше, ускоряются. Чтобы задержать нежелательные изменения, используют соединения, легко связывающиеся с карбонильными группами, такие, как, например, перекись водорода, сернистая кислота. Блокировка этих реакций может быть осуществлена путем устранения одного из взаимодействующих соединений, например глюкозы, или добавления фермента глюкозооксидазы, что используется при производстве яичного порошка.
Чем выше интенсивность образования коричневой окраски, тем ниже пищевая ценность белковых продуктов. В результате теряется от 20 до 50% свободных аминокислот, причем с увеличением продолжительности нагревания эти потери возрастают.
Так, при обжаривании мяса потери аминокислот и Сахаров наиболее значительны.
Таким образом, процесс меланоидинообразования, с одной стороны, снижает пищевую ценность готового продукта вследствие потери ценных пищевых веществ, с другой стороны, улучшает органолептические показатели кулинарных изделий.
Весьма перспективно использование меланоидиновых препаратов для имитации цвета, вкуса и запаха жареных продуктов, так как это позволит исключить жарку.
В настоящее время проводятся работы по выяснению биологической ценности продуктов меланоидинообразования.
Изменения крахмала
Крахмал содержится в растениях в виде отдельных зерен. В зависимости от типа растительной ткани эти зерна могут иметь различные размеры – от долей до 100 мкм и более.
Строение крахмального зерна. Крахмальное зерно – это биологическое образование с хорошо организованными формой и структурой. В центральной части его имеется ядро, называемое зародышем, или «точкой роста», вокруг которого видны ряды концентрических слоев – «колец роста». Толщина слоев крахмальных зерен составляет примерно 0,1 мкм.
В нативных крахмальных зернах полиглюкозидные цепи амилозы и амилопектина образуют спирали с 6–10 глюкозными остатками на каждом витке спирали. Длина цепей полисахаридов может достигать 0,7 мкм.
Молекулярная масса амилозы – от 105 до 106 в зависимости от вида растений. Амилопектин, который является одним из самых крупных полимеров, имеет большую молекулярную массу, чем амилоза (обычно выше 107). Полисахариды в крахмальном зерне связаны между собой главным образом водородными связями. Молекулы полисахаридов расположены в зерне радиально. Схема строения крахмального зерна, предложенная Мюлеталером, показана на рис. 10. Как видно из схемы, форма цепей полисахаридов крахмала складчатая, причем амилопектин в отличие от амилозы имеет вид слабо разветвленных структур. Считают, что больше всего амилозы концентрируется в центральной части зерна.
Если рассматривать крахмальные зерна в поляризационном микроскопе, обнаруживаются светлые и темные поля в виде «мальтийского креста», что указывает на определенную упорядоченность (кристалличность) структуры.
При кулинарной обработке крахмалосодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию и клейстеризации. Кроме того, в нем могут протекать процессы деструкции. Интенсивность всех этих процессов зависит от происхождения и свойств самого крахмала, а также от технологических факторов – температуры и продолжительности нагревания, соотношения крахмала и воды, вида и активности ферментов и др. Растворимость. Нативный крахмал практически нерастворим в холодной воде. На этом свойстве основан метод его выделения из растительных продуктов. Однако вследствие гидрофильности он может адсорбировать влагу до 30% собственной массы. Низкомолекулярные полисахариды, в частности амилоза, содержащая до 70 глюкозных остатков, растворимы в холодной воде. При дальнейшем увеличении длины молекулы полисахариды могут растворяться только в горячей воде. Процесс растворения крахмальных полисахаридов протекает медленно вследствие относительно большого размера молекул. Известно, что линейные полимеры перед растворением сильно набухают, поглощая большое количество растворителя, и при этом резко увеличиваются в объеме. Растворению крахмальных полимеров в воде также предшествует набухание.
Набухание и клейстеризация. Набухание – одно из важнейших свойств крахмала, которое влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий из крахмалосодержащих продуктов. Степень набухания зависит от температуры среды и соотношения воды и крахмала. Так, при нагревании водной суспензии крахмальных зерен до температуры 55 °С они медленно поглощают воду (до 50%) и частично набухают. При этом повышение вязкости не наблюдается. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур от 60 до 100 °С) набухание крахмальных зерен ускоряется, причем объем их увеличивается в несколько раз.
В центре крахмального зерна образуется полость («пузырек»), а на его поверхности появляются складки, бороздки, углубления. Свойство крахмальных зерен расширяться под действием термической обработки с образованием внутренней полости связывают с тем, что внутри крахмального зерна (в «точке роста») происходят разрыв и ослабление некоторых водородных связей между крахмальными цепями, которые в результате этого раздвигаются, что приводит не только к увеличению размеров крахмального зерна, но и к разрушению его кристаллической структуры. При просмотре набухших зерен под поляризационным микроскопом «мальтийский крест» не обнаруживается. В процессе набухания крахмальных зерен часть полисахаридов растворяется и остается в полости крахмального зерна, а часть диффундирует в окружающую среду.
Растворение полисахаридов при нагревании крахмала в воде подтверждается данными хроматографического анализа центрифу-гата крахмальной суспензии на колонках из окиси алюминия (рис. 12). Известно, что при пропускании раствора крахмальных полисахаридов через колонку амилопектин адсорбируется в верхней ее части, а амилоза – в нижней. При последующем пропускании через колонки раствора йода амилопектин окрашивается в фиолетовый цвет, а амилоза – в синий.
При нагревании крахмальной суспензии до 50 °С полисахариды практически не растворяются, а при 55'С на колонке появляется зона амилозы, хотя и незначительной высоты, что указывает на растворение этого полисахарида и переход его из крахмальных зерен в окружающую среду. С повышением температуры нагревания суспензии количество растворенной амилозы возрастает, что подтверждается увеличением высоты зоны, окрашенной в синий и темно-синий цвета. Нагревание крахмальной суспензии при 80 °С вызывает наряду с растворением амилозы и растворение амило-пектина.
Дисперсия, состоящая из набухших крахмальных зерен и растворенных в воде полисахаридов, называется крахмальным клейстером, а процесс его образования – клейстеризацией. Такимобразом, клейстеризация – это изменение структуры крахмального зерна при нагревании в воде, сопровождающееся набуханием.
Процесс клейстеризации крахмала происходит в определенном интервале температур, обычно от 55 до 80 °С. Одним из признаков клейстеризации является значительное повышение вязкости крахмальной суспензии. Вязкость клейстера обусловлена не столько присутствием набухших крахмальных зерен, сколько способностью растворенных в воде полисахаридов образовывать трехмерную сетку, удерживающую большее количество воды, чем крахмальные зерна'. Этой способностью в наибольшей степени обладает амилоза, так как ее молекулы находятся в растворе в виде изогнутых нитей, отличающихся по конформации от спиралей. Хотя амилоза составляет меньшую часть крахмального зерна, но именно она определяет его основные свойства – способность зерен к набуханию и вязкость клейстеров.
В табл. 3 приведены данные о примерном содержании амилозы в крахмале различного происхождения, температуре его клейстеризации и степени набухания в горячей воде (90 °С), определяемой объемным методом. Здесь же приводятся рассчитанные повязкости коэффициенты замены одного вида крахмала другим при изготовлении клейстеров. При этом за единицу принимается вязкость клейстера картофельного крахмала 2%-ной концентрации.
Отдельные виды крахмала содержат неодинаковое количество амилозы, имеют разные температуру клейстеризации и способность к набуханию. Коэффициент замены крахмала показывает, каким количеством крахмала других видов можно заменить картофельный для получения клейстеров одинаковой вязкости.
Из различных видов крахмала в основном образуются два типа клейстеров: из клубневых – прозрачный бесцветный желеобразной консистенции, из зерновых – непрозрачный молочно-белый пастообразной консистенции. Клейстер кукурузного амилопекти-нового крахмала по свойствам ближе к клейстеру картофельного. Физико-химические свойства необходимо учитывать при замене одного вида крахмала другим.
Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах-пюре обладают относительно жидкой консистенцией вследствие невысокой концентрации в них крахмала (2–5%). Более плотную консистенцию имеют клейстеры в густых киселях (до 8% крахмала). Еще более плотная консистенция клейстеров в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, так как соотношение крахмала и воды в них 1:2–1:5.
В изделиях из теста, содержащих, как правило, небольшое количество воды (менее 100% массы крахмала), состояние крахмала отличается от состояния его в упомянутых выше изделиях. Крахмальные зерна в них мало обводнены, частично сохраняют форму и структуру; в окружающую среду переходит незначительное количество растворимых полисахаридов.
На вязкость клейстеров влияют не только концентрация крахмала, но и другие факторы. Например, сахароза в концентрациях до 20% увеличивает вязкость клейстеров, хлористый натрий даже в очень незначительных концентрациях – снижает.