Влияние углеводов на формирование потребительских свойств продуктов

Фруктоза ( плодовый сахар) обычно сопутствует глюкозе. Является одним из самых распространенных углеводов фруктов. Основными источниками фруктозы в пище являются виноград – 7,7%, яблоки – 5,5%, груши – 5,2%, вишня, черешня – 4,5%, арбузы – 4,3%, черная смородина – 4,2%, малина – 3,9%, земляника – 2,4%, дыни – 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико – от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде – около 37%.В связанном состоянии она входит в состав сахарозы, раффинозы, инулина и др. При окислении фруктозы образуются кислоты, при восстановлении – смесь спиртов сорбита и маннита. В промышленности фруктоза может быть получена из инулина, который накапливается в качестве запасного углевода в клубнях топинамбура и корнях цикория, а также изомеризацией глюкозы.

Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще  глюкозы и в 1,7 – сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить  общее потребление углеводов.

Глюкоза и фруктоза, содержащиеся в продуктах питания, положительно влияют на их вкус, питательную ценность и усвояемость.

Галактоза в свободном состоянии  в пищевых продуктах не встречается. Она входит в состав олигосахаридов: молочного сахара (лактозы) и раффинозы, принимает участие в построении галактанов, встречающихся в бобовых, зернах кофе и т.д.

К моносахаридам относятся также  пентозы (в молекуле пять углеродных атомов С5Н10О5): рибоза – входит в  состав нуклеиновых кислот; арабиноза  и ксилоза – в виде сложных  соединений – пентозанов находятся  в оболочках растительных продуктов, организмом человека не усваиваются.

Моносахариды обладают рядом характерных  свойств. Они способны сбраживаться. При этом под действием дрожжей  превращаются в спирт и углекислый газ, а под действием молочнокислых бактерий – в молочную кислоту.Это их свойство используется в производстве спирта, виноградных и плодово-ягодных вин, хлеба, кисломолочных продуктов, квашеных плодов и овощей.

Моносахариды являются сильными восстановителями. Они способны восстанавливать окись  меди (CuО) в закись (Cu₂O). Восстанавливающая способность обусловлена наличием в их молекуле карбонильной группы. Все сахара, которые имеют карбонильную группу, обладают способностью восстанавливать окисные соединения  металлов: их называют восстанавливающими, или редуцирующими.

Для редуцирующих сахаров характерна высокая гигроскопичность, поэтому  их содержание в некоторых продуктах  (сахаре, карамели, мармеладе, пастиле, халве и др.) ограничивается стандартом.

Под действием ферментов гексозы  могут переходить из одной формы в другую, например глюкоза превращается во фруктозу, или наоборот. На этом свойстве основано получение в промышленности высокофруктозного сиропа и кристаллической фруктозы.

Олигосахариды. В зависимости от количества остатков в молекуле олигосахариды делят на дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т.д. В пищевых продуктах в  основном встречаются дисахариды, состоящие из двух остатков простых сахаров и имеющие общую формулу С₁₂Н₂₂О₁₁.

Из дисахаридов наиболее распространены сахароза, лактоза, мальтоза и трегалоза. Все дисахариды растворимы в воде, имеют сладкий кус, усваиваются организмом человека, при гидролизе распадаются на моносахариды.

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) входит в состав многих пищевых продуктов: В сахаре (99,9%), бананах( до 13%), сливах(до 9%), меде (2%) и др. В большом количестве находится в сахарной свекле (12-24%) и сахарном тростнике (14-26%), из которых получается в чистом виде сахар-песок и рафинад.

Под действием фермента инвертазы, а также при нагревании растворов сахарозы с кислотами происходит ее гидролиз (инверсия) на глюкозу и фруктозу. Процесс гидролиза сахарозы носит название инверсии, а смесь равных количеств глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Инвертный сахар более сладкий, чем сахароза, менее способен к кристаллизации, очень гигроскопичен. Он вводится в состав многих кондитерских изделий (варенья, мармелада, повидла) для предупреждения засахаривания, в тесто - для замедления черствения хлеба. Сахарозу относят к нередуцирующим сахарам, она сбраживается дрожжами в спирт после гидролиза на глюкозу и фруктозу под действием фермента дрожжей.

 В промышленности сахарозу  получают из сахарной свеклы  и сахарного тростника.

 Мальтоза (солодовый сахар) находится в патоке мальтозной (60%) и крахмальной, проросшем зерне. Она получается при гидролизе крахмала и гликогена ферментом амилазой, находящимся в солоде, слюне и поджелудочном соке. Под воздействием кислот и ферментов мальтоза расщепляется на две молекулы глюкозы. Она обладает восстанавливающими свойствами, сбраживается дрожжами только после расщепления на составные моносахариды.

Лактоза (молочный сахар) содержится в молоке и молочных продуктах, придавая им сладковатый вкус, но по сравнению с другими дисахаридами она менее сладкая. В коровьем молоке ее находится 4,7%, в козьем- 4.5%, лошадином-6.5% . Молекула лактозы состоит из остатков глюкозы и галактозы. Лактоза относится к числу редуцирующих сахаров. Молочнокислые бактерии сбраживают лактозу в молочную кислоту. Это свойство используется в производстве кисломолочных продуктов. В промышленности получают кристаллическую лактозу из молочной сыворотки.

Трегалоза (грибной сахар) содержится в грибах, пекарских дрожжах, в  некоторых водорослях. Она состоит  из двух молекул глюкозы и не обладает восстанавливающими свойствами.

Трисахариды в пищевых продуктах  представлены рафинозой. Этот сахар встречается в небольшом количестве в сахарной свекле, зерновых продуктах. При расщеплении раффинозы получается глюкоза, фруктоза и галактоза.

Моносахариды и олигосахариды носят общее название сахаров. Химическое строение определяет их потребительские свойства, и в первую очередь такие как сладость, гигроскопичность, усвояемость и др.

Сахара обладают неодинаковой сладостью. Если сладость сахарозы принять за 100, то сладость фруктозы составит 173,инвертного сахара-130, глюкозы-74, мальтозы-32, галактозы-32, раффинозы- 23, лактозы-16.

Гигроскопичность сахаров различна. Химически чистые глюкоза и сахароза практически негигроскопичны. Большой  гигроскопичностью обладают мальтоза, фруктоза, инвертный сахар. Это свойство сахаров учитывается при изготовлении продуктов. Например, сахаром-песком обсыпают карамель для предохранения ее от увлажнения, так как в состав карамельной массы входит инвертный сахар.

При нагревании сахара подвергаются сложным  химическим изменениям (карамелизации, дегидратации и др.), в результате которых образуются вещества, окрашенные в коричневый цвет, обладающие горьким вкусом. Карамелизация сахаров происходит при обжарке зерен кофе. Пережженный сахар используют для подкрашивания в коричневый цвет ликеров, настоев и др.

Спирты, образующиеся восстановлением  моносахаридов, представляют собой  бесцветные кристаллы, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Спирты сорбит С₆Н₈(ОН)₆ и ксилит С₅Н₇(ОН)₅,сладость которых несколько меньше глюкозы, но выше сладости мальтозы, используют в пищевой промышленности как заменители сахара при изготовлении кондитерских изделий, безалкогольных напитков и других товаров для больных сахарным диабетом.

Для многих пищевых продуктов общее содержание сахара нормируется стандартом, например в варенье, джеме, повидле, чтобы избежать забраживания, в хлебобулочных и кондитерских изделиях - для контроля  рецептуры, в сахаре- песке и рафинаде (содержание сахарозы) – для характеристики доброкачественности.

2.2. Полисахариды

Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, имеющие общую формулу (С₆Н₁₀О₅)_n, к ним относят крахмал, клетчатку, гликоген, инулин. Полисахариды не обладают сладким вкусом и называются несахароподобными углеводами. К ним относят крахмал, гликоген, инулин, клетчатку, пектиновые вещества. Эти вещества, кроме клетчатки, являются резервным источником энергии для организма.Все они под действием кислот расщепляются до моносахаридов, редуцирующими свойствами не обладают, некоторые нерастворимы в воде.

Крахмал состоит из большого числа молекул глюкозы и имеет формулу (С₆Р₁₀О₅)_n. Он является запасным углеводом растений. Крахмал - основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов.  
Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Содержание его в плодах и овощах колеблется от 1 до 25%. Наиболее богаты крахмалом картофель (12 – 25%), незрелые бананы (до 18%), орехи (10 – 24%), зеленый горошек (5%). Богаты крахмалом семена бобовых культур (50-60%) и продукты переработки зерна (крупа, макаронные изделия, хлеб). Во всех других плодах и овощах крахмал практически отсутствует. Лишь в незрелых плодах его содержание значительно. Так, в яблоках зимних сортов в момент съема находится до 2% крахмала. Но уже после двухмесячного хранения его содержание снижается до 0,5%, а в дальнейшем он практически совсем исчезает.

В растениях и продуктах крахмал  находится в виде зерен характерных  формы и размера, на основании чего можно определить, из какого сырья он получен. Наиболее крупные крахмальные зерна образуются в клубнях картофеля. Они округлой или неправильной овальной формы с концентрическим рисунком на поверхности. Самые мелкие, угловатой формы зерна рисового крахмала.

Состав крахмального зерна неоднороден. Основными его компонентами являются амилоза и амилопектин, отличающиеся строением и свойствами. Амилоза  растворима в горячей воде, амилопектин  в воде набухает, образуя клейстер. Соотношение амилозы и амилопектина в зернах различных видов крахмала неодинаково и влияет на свойства крахмала. В крахмале зерен злаков содержится 17-14% амилозы, в восковидных сортах кукурузы-5% и в некоторых сортах бобовых и кукурузы-50-75%.

Крахмал в холодной воде не растворяется, но впитывает до 30% воды к своей массе сорбционно и незначительно набухает. В горячей воде зерна крахмала набухают, связывая большое количество воды, и разрушаются. В результате гидратации макромолекул образуется коллоидный раствор, называемый крахмальным клейстером. Температура клейстеризации каждого вида крахмала различна: картофельного-55-65^оС, кукурузного-61-71^оС, рисового- 70-80^оС. Клейстеризованный крахмал находится в хлебе, вареном картофеле, готовых изделиях. Он хорошо усваивается организмом человека.

При хранении крахмального клейстера происходит его ретроградация (старение)- постепенное  разрушение коллоидного раствора с  выделением воды и нерастворимого остатка  амилозы. Ретроградацией крахмала объясняют  черствение хлебных, бараночных, мучных кондитерских изделий.

Под действием  кислот и ферментов крахмал гидролизуется  до сахаров. Этот процесс называют осахариванием  крахмала. Гидролиз крахмала лежит в основе производства патоки, глюкозы, происходит при изготовлении хлеба, спирта, пива, протекает в организме человека при усвоении крахмала.

Крахмал окрашивается йодом в синий цвет. По реакции с йодом определяют его наличие в продуктах.

В промышленности крахмал получают из картофеля и зерен хлебных злаков. Его используют в производстве патоки, колбасных и кондитерских изделий, спиртов, глицерина, молочной и лимонной кислот, в кулинарии. Из крахмала с помощью фермента глюкоамилазы вырабатывают глюкозу, которую используют как в медицинской промышленности, так и для получения сахароспирта из сорбента.

Гликоген (животный крахмал) выполняет роль резервного питательного вещества в организме животных, образуется из глюкозы. Накапливается в животных тканях, особенно в печени (до20%) и мышцах (до4%) . Много гликогена в дрожжах, грибах и моллюсках.

Гликоген  растворим в горячей вод, но образует коллоидный раствор, йодом окрашивается в буро-коричневый цвет.

Ферментативное  превращение гликогена в мышцах мяса после убоя животного проходит через стадию образования фосфорсодержащих органических соединений и глюкозы, затем последняя превращается в молочную кислоту. Это наряду с другими ферментативными процессами имеет большое значение для созревания мяса: мясо становится пригодным для кулинарной обработки.

Инулин встречается в растениях реже , чем крахмал. В отличие от других полисахаридов он состоит не из остатков глюкозы, а из остатков фруктозы. Находится в корнях цикория (до10%) и одуванчика (17%), топинамбуре (до 18%), артишоках и др.  Инулин не окрашивается йодом, легко растворяется в теплой воде, образуя коллоидный раствор, при гидролизе под действием фермента инулазы и кислот превращается в фруктозу. Инулин легко усваивается в организме человека. В медицине его используют как заменитель сахара и крахмала в пищу больных диабетом.

Целлюлоза (клетчатка) широко распространена в растениях, составляет основу клеточных стенок. Ее молекула состоит из 1800-36000 остатков глюкозы. Целлюлоза в мякоти плодов и овощей, мучнистого ядра зерна злаков желательна в пище человека. Она усиливает перистальтику кишечника и способствует передвижению пищи. Целлюлоза оболочек зерна и семян, кожицы плодов и овощей одревесневшая, прочная, грубая. При переработке сырья ее удаляют. В плодах и овощах целлюлозы находится 0,3-3,0%, пшене-0,8%, пшенице-2,0%, ячмене-4,5% и т. д. Целлюлоза нерастворима в воде, органических растворителях, слабых кислотах и щелочах. Это свойство используется при количественном определении ее в пищевых продуктах.

Для человека целлюлоза питательной  ценности почти не имеет, так как в организме нет ферментов для ее расщепления до сахаров. Только незначительная часть ее подвергается расщеплению ферментами микроорганизмов, находящимися в кишечнике.

Гемицеллюлозы (полуклетчатки) объединяют ряд высокомолекулярных полисахаридов: пентозанов (образованы остатками пентоз) и гексозанов (состоят из остатков гексоз). Вместе с целлюлозой входят в состав оболочек растительных клеток и отличаются от нее тем, что легко гидролизуется разбавленными минеральными кислотами. Для растений гемицеллюлозы не только выполняют роль строительного материала, но и способствуют созданию запаса питательных веществ. Они находятся в плодах и ягодах (0,5-3,0%), зерне пшеницы (7-8%), ячмене и просе (10-11%) и др.

Пектиновые вещества состоят из остатков галактуроновой кислоты, являющейся продуктом окисления галактозы. Под термином «пектиновые вещества» подразумеваются следующие соединения: пектовая кислота, пектиновая кислота, пектин протопектин. Содержатся в плодах, ягодах и овощах от 0,1 до 2,5%. Наиболее важное значение из пектиновых веществ имеют пектины и протопектины.