Функціональні властивості вуглеводів Солодкість вуглеводів

Відчуття солодкості в роті при вживанні низькомолекулярних вуглеводів характеризує важливу функцію їх в харчових продуктах. В табл. 2 надана характеристика відносної солодкості різних вуглеводів в порівнянні з сахарозою (солодкість якої прийнята за 100)

Таблиця 2. Відносна солодкість (ВС) різних вуглеводів і деяких штучних підсолоджувачів.

Вуглеводи	Відносна солодкість	Вуглеводи або підсолоджувач	Відносна солодкість
Сахароза	100	α-D-Лактоза	16
β-D-Фруктоза	180	β-D-Лактоза	32
α-D-Глюкоза	74	Ксилоза	40
β-D-Глюкоза	82	Сорбіт	63
α-D-Галактоза	32	Ксиліт	90
β-D-Галактоза	21	Цикламати	500
α-D-Маноза	32	Аспартам	180
β-D-Маноза	гірка	Сахарин	500

Гідроліз крохмалю

До резервних полісахаридів рослин відноситься крохмаль. Він міститься у незначній кількості у листі і накопичується у насінні до 70% (зерна злаків – пшениця, рис, кукурудза), луковицях, серцевині стеблини та клубнях – до 30%. До овочів, що містять найбільшу кількість крохмалю, належать картопля, батат, пастернак. Крохмаль – найбільш важливий за харчовою цінністю вуглевод. Він відкладається у клітинах у вигляді гранул, за розміром і формою яких можна визначити їх походження. Гранули зазвичай містять крім полісахаридів незначну кількість білків та ліпідів.

Крохмаль – неоднорідний полісахарид, представляє собою суміш двох гомополісахаридів – амілози (має лінійну будову) і амілопектину (має розгалужену будову). Амілоза складає до 25% крохмалю і має молекулярну масу від 30 тис. до 500 тис. Амілопектин складає до 75% маси крохмалю і має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. їх кількісне співвідношення у крохмалі залежить від джерела його знаходження.

Амілоза складається із залишків -D-глюкопіранози, що поєднані 1,4-глікозидним зв'язком, і має спіралеподібну будову. В структурі амілози утворюється канал, у який можуть проникати молекули інших сполук, наприклад, йоду з утворенням комплексу з темно-синім забарвленням.

Фрагмент молекули амілози

Амілопектин складається із залишків -D-глюкопіранози що поєднані 1,4-глікозвдним зв'язком, і має розгалужену будову внаслідок поєднання деяких залишків -D-глюкопіранози 1,6-глікозидним зв 'язком:

Фрагмент

молекули амілопектину

Молекули амілопектину мають сферичну форму і молекули йоду або інших сполук, які для амілози, можуть проникати у середину, про що свідчить поява червоно-пурпурного забарвлення.

Крохмаль та багато інших його похідних (прості ефіри, продукти часткової деструкції або окиснення та ін.) широко використовуються у харчовому виробництві (до 80% від усіх вуглеводів), під час виробництва паперу, текстильних виробів, клеїв та ін. Очищений крохмаль використовується у кондитерському виробництві, для одержання харчових концентратів, кулінарії, виробництві варених ковбас. Завдяки своїм властивостям крохмаль підвищує вологопоглинаючу здатність ковбасних виробів, що надає останнім соковитості.

У харчовому виробництві під час технологічної обробки крохмаль під дією вологи і тепла може адсорбувати вологу, набрякати, клейстеризуватися, підлягати деструкції. При гідролізі крохмалю під дією кислот відбувається ослаблення і розрив асоціативних зв'язків між макромолекулами амілози і амілопектину. Це приводить до утворення гомогенної маси. Далі розриваються -D-(1,4)- та -D-(1,6)-глікозидні зв'язки і за місцем розриву приєднуються молекули води. В процесі гідролізу збільшується кількість вільних альдегідних груп і зменшується ступень полімеризації, концентрація мальтози, трисахаридів, тетрасахаридів спочатку збільшується, а потім зменшується і зростає концентрація глюкози. Кінцевим продуктом є глюкоза. Кислотний гідроліз тривалий час був головним шляхом одержання глюкози з крохмалю.

Крохмаль гідролізується також і під дією амілолітичних ферментів – - і -амілази. Амілази бувають двох типів: ендо- і екзоамілази.

Чітко вираженою ендоамілазою є -амілаза, яка здатна до розриву внутрішньомолекулярних зв’язків у високомолекулярних ланцюгах субстрату. Глюкоамілаза і -амілаза є екзоамілазими, тобто ферментами, які атакують субстрат з не редукованого кінця.

-Амілаза діє на ціле крохмальне зерно, атакує його, розрихляє поверхню і утворює канали і тріщини, тим самим розколює зерно на частини (див. рис. 1).

Рис.2. Гідроліз амілози -амілазою

Клейстеризований крохмаль гідролізується -амілазою з утворенням продуктів, які не забарвлюються бромом. Це в основному низькомолекулярні декстрини. Процес гідролізу крохмалю багатостадійний. Під дією -амілази на перших стадіях процесу в гідролізаті накопичуються декстрини, потім з’являються тетра- і тримальтози, які не забарвлюються йодом і які дуже повільно гідролізуються -амілазою до ди- і моносахаридів (глюкози).

-Амілаза (-1,4-глюканмальтогідролаза) є екзоамілазою проявляє спорідненість до передостаннього -(1,4)-зв'язку знередукованого кінця лінійного ланцюгу амілози або амілопектину (див. рис. 1).

Рис.3. Гідроліз амілози

На відміну від -амілази, -амілази практично не гідролізує нативний крохмаль: до мальтози в -конформації. Схему можна записати наступним чином:

Ферментативний гідроліз крохмалю має місце в багатьох харчових технологіях, як один із необхідних процесів, що забезпечує якість кінцевого продукту – в хлібовипіканні (процес тісто приготування і випікання хліба), виробництві пива (отримання пивного сусла, сушка солоду,) хлібного квасу (отримання квасних хлібців), спирту (підготовка сировини для бродіння), різних сахаристих крохмалепродуктів (глюкози, патоки, сахарних сиропів).

Сахарні сиропи отримують кислотно-ферментативним способом. Спочатку обробляють крохмаль кислотою, а потім ферментами -, - і (або) глюкоамілазами. Використання такого комбінованого способу гідролізу крохмалю надає можливість отримував сиропи необхідного складу.

Модифіковані крохмалі

Враховуючи вплив, який мають ті чи інші властивості крохмалю на якість харчових продуктів, доцільно використовувати в цілому ряді виробництв різні модифіковані крохмалі.

Попередньо клейстеризований крохмаль. Його отримують шляхом клейстеризації крохмальної суспензії, яку вміщують між двома зворотньообертаючими горизонтальними циліндрами, які нагріваються парою, потім висушують у вигляді тонкої плівки і подрібнюють. Цей крохмаль може бути отриманий також розпилюючою сушкою крохмального клейстеру. Особливість цього крохмалю полягає в тому, що він здатний до швидкої регідратації в воді, що дає можливість його в якості згущувача в харчових продуктах без нагрівання (наприклад, в пудінгах, начинках і т.п.).

Крохмаль модифікований кислотою.

Кислотний гідроліз за температури нижче температури клейстеризації має місце в аморфних зонах крохмального зерна, залишаючи кристалічні зони відносно не задіяними, причому в більшій ступені проходить гідроліз амілопектину, а не амілози. За звичай його отримують шляхом обробки крохмальної суспензії хлоридною або сульфатною кислотою за температури 25 – 55°С, при цьому термін обробки залежить від паказника в’язкості, яку хочуть отримати, і може скласти 6 – 24 години. Цей крохмаль практично нерозчинний в киплячій воді. Завдяки здатності цього крохмалю утворювати гарячі концентровані клейстери, які при охолодженні дають гель, його можна з успіхом використовувати в якості помягшувача при виробництві конфет, а також отримання захисних плівок.

Етерофіковані крохмалі. Оскільки D-глікопіранозилмономер (С3) може бути від 0 до 3. вважається, що комерційно більш доцільні похідні, які мають С3 менше ніж 0,1. така модифікація приводить до певних змін колоїдних та інших властивостей, які суттєві для харчових продуктів. введення гідроксиетильних груп при низькій С3 призводить до зниження температури клейстеризації,збільшенню швидкості набухання зерен, зменшує тенденцію до гелеутворенню і ретроградації. Вони використовуються як харчові добавки-загущувачі в салатних приправах, начинках.

Ацетати крохмалю з низькою ступенню заміщення отримують обробкою зерен крохмалю оцтовою кислотою або краще її ангідридом за наявності каталізатора (як правило при рН 7 – 11; t° =25°С; С3=0,5). Розчини ацетатів крохмалю дуже стабільні, оскільки наявність ацетил-груп перешкоджає асоціації двох амілоз них молекул і довгих бічних ланцюгів амілопектину.

Ацетати крохмалю в порівнянні зі звичайним кукурузним крохмалем мають нижчу температуру клейстеризації, занижену здатність до ретроградації, утворюють прозорі і стабільні клейстери. Завдяки цим властивостям ацетати крохмалю використовують в заморожених продуктах пекарських виробах, інстант-порошках і т. д.