Роль полимеров клеточных стенок в формировании органолептических показателей кулинарной продукции

При механической кулинарной обработке картофеля, овощей и плодов (очистка, нарезка, промывание и др.) частично нарушается целостность их паренхимной ткани, а часть клеточных структур разрушается. Это облегчает переход основных пищевых веществ из разрушенных клеток в окружающую среду, а так же смешиванию содержимого органелл. В результате масса и пищевая ценность продукта изменяются, возникают ферментативные, окислительные и другие процессы, вызывающие изменение органолептических показателей продукта.

В начальный период тепловой кулинарной обработки в овощах и плодах могут активизироваться все содержащиеся в них ферменты, вызывающие те или иные изменения пищевых веществ.. на определенном этапе тепловой обработки ферменты инактивируются, цитоплазма и клеточные мембраны разрушаются вследствие денатурации белков, отдельные компоненты структурных компонентов получают возможность взаимодействовать друг с другом и окружающей средой.

Изменение углеводов. В процессе тепловой обработки в плодах и овощах, как и в продуктах животного происхождения, происходит целая цепь физико-химических изменений, которые приводят к кулинарной готовности продукта. Одним из таких изменений является размягчение продукта. В результате тепловой обработки продукты легче раскусываются, разрезаются, протираются. Микроскопические исследования показывают, что в вареных продуктах клетки сохраняют целостность даже при длительном нагревании, когда сама ткань распадается. Клеточные оболочки остаются целыми при протирании вареных продуктов в горячем состоянии, поэтому мы не ощущаем вкус крахмального клейстера в картофельном пюре, приготовленном правильно по технологии. При остывании вареных продуктов эластичность оболочки клетки теряется, они становятся более хрупкими и в процессе протирании легко разрушаются (протирание охлажденного картофеля). Но главное – это ослабление связи между клетками за счет разрушения срединных пластинок. Какие именно изменения компонентов приводят к этому?

Известно, что срединная пластинка приблизительно на 90% состоит из протопектина, он же входит и в состав клеточных стенок.

Установлено, что в процессе тепловой обработки происходит расщепление молекулы протопектина и его превращение в растворимый пектин.

Таблица 6.2. Содержание протопектина в некоторых овощах до и после варки

Овощи	Протопектин, % галактуроновой кислоты на сырую массу		Стпень изменения, %
	До варки	После варки
Свекла	0,49	0,21	57,3
Морковь	0,53	0,32	40,2
Репа	1,08	0,71	34,4
Петрушка	0,75	0,58	23,0
Капуста белокочанная	0,48	0,36	25,0

Реакции, приводящие к таким изменениям, разнообразны. Прежде всего, разрушается связь между отдельными пектиновыми цепями, то есть:

• распадаются водородные связи между этерифицированными остатками галактуроновой кислоты;

• разрушаются солевые мостики.

Распад водородных связей возможен только при наличии определенного количества влаги. Стойкость гликозидной связи к гидролизу зависит от степени метоксилирования пектиновой кислоты: высокометоксилированные кислоты легче гидролизуются.

Солевые мостики разрушаются только в ходе ионообменных реакций по схеме:

________ __________

СОО COOK(Na)

Са (Mg) +2K⁺ (Na⁺) + Ca⁺⁺(Mg⁺⁺)

СОО COOK(Na)

_ _______ ____________

Реакция расщепления солевых мостиков обратима. Она будет идти вправо, если ионы двухвалентных металлов будут осаждаться. В овощах и плодах роль осадителя могут выполнять органические кислоты – щавелевая, лимонная, фитиновая, яблочная и др. Почему эта реакция не происходит в сырых овощах? Считается, что ионы натрия и калия находятся в клеточном соке, который не имеет доступа к срединным пластинкам из-за полупроницаемости мембран. В процессе тепловой обработки белки мембран денатурируют, мембраны разрушаются, сворачиваются и становятся проницаемыми.

Но в процессе хранения фруктов в период их дозревания происходит расщепление протопектина без действия тепла. В этом случае процесс идет под действием фермента протопектиназы.

В разных продуктах в зависимости от особенностей строения протопектина доминирующую роль играет тот или иной механизм его расщепления. Степень и скорость размягчения продуктов зависит не только от характера реакций, а и от растворимости веществ, которые образуются. Так, полигалактуроновая кислота нерастворима в воде, а ее соли – натриевые или калиевые и пектин со средней или высокой степенью метоксилирования – хорошо растворимы. Можно сделать вывод, что механизм деструкции определяется, прежде всего, степенью этерификации остатков полигалактуроновых кислот в протопектине. Если степень этерификации в свекле 72%, моркови – 59%, капусте белокочанной – 65%, то, следовательно, ионообменные процессы при деструкции клеточных стенок моркови играют большую роль, чем при деструкции свеклы и капусты белокочанной. Особенно важно значение ионообменных процессов при деструкции протопектина в клеточных стенках таких продуктов, как кабачки, картофель, в которых степень этерификации полигалактуроновых кислот близка к 40%.

Таким образом, жарить можно овощи, в которых степень этерификации полигалактуроновых кислот близка к 40% и где решающую роль в деструкции протопектина играют ионообменные процессы. Доводить до состояния готовности нельзя такие овощи, в которых степень этерификации составляет 60% и более. Это объясняется тем, что важную роль в деструкции протопектина играет вода, которая непрерывно испаряется при этом способе обработке из продукта и не переходит из клеточного сока в клеточные стенки в необходимом для процесса деструкции количестве.

Образующиеся в результате деструкции протопектина растворимые в воде продукты вымываются из клеточных стенок, что приводит к их разрыхлению и ослаблению связей между клетками. Деструкция протопектина начинается при 60 ⁰С, с повышением температуры процесс интенсифицируется.

Разрыхлению клеточных оболочек могут способствовать процессы набухания и частичного гидролиза клетчатки и гемицеллюлозы.

Деструкция гемицеллюлоз. При тепловой кулинарной обработке овощей наряду и параллельно с деструкцией протопектина происходит деструкция гемицеллюлоз с образованием растворимых веществ. Гемицеллюлозы при тепловой обработке частично набухают, подвергаются гидролизу, что подтверждается накапливанием в отварах и готовых продуктах нейтральных сахаров – арабинозы, галактозы и др.

Наличие уроновых кислот в гемицеллюлозах позволяет предполагать, что другим элементом механизма их деструкции при гидротермической обработке овощей и плодов являются ионообменные процессы, подобные протекающим в пектиновых веществах. Исследования показывают, что степень деструкции гемицеллюлоз несколько уступает степени деструкции протопектина, однако она достаточно высокая и, по-видимому, оказывает заметное влияние на деструкцию клеточных стенок, содержащих значительное количество гемицеллюлоз.

Деструкция гемицеллюлоз начинается при более высоких температурах, чем деструкция протопектина (70…80^оС). При более высоких температурах процесс ускоряется. При понижении температуры гемицеллюлозы регенерируют и отдают часть воды, поглощенной при набухании и деструкции.

Деструкция экстенсина. Структурный белок клеточных стенок в процессе тепловой обработки подвергается деструкции с образованием растворимых продуктов. Деструкция экстенсина начинается при более низких температурах, чем протопектина и гемицеллюлоз. Так, при нагревании нарезанных корнеплодов в воде при температуре 50^оС в течение 1 часа отмечается заметное снижение количества оксипролина. Механическая прочность при этом снижается, а содержание протопектина практически не изменяется.

Интересно такое явление: если свеклу на протяжении часа варить, а потом положить в холодную воду, она так же размягчается. Это связано с тем, что при остывании корнеплодов набухшая целлюлоза и гемицеллюлоза частично восстанавливают структуру и выделяют поглощенную при набухании воду, в которой и растворяются продукты деструкции протопектина. Это может произойти только в том случае, когда температура внутри корнеплода была близка к 100 ⁰С, т.е. когда углеводы клеточных стенок и экстенсин уже подверглись определенной деструкции и для ее завершения и растворения продуктов деструкции необходимо дополнительное количество влаги. Эта влага поступает либо из клетки при дальнейшей варке свеклы, либо из набухших углеводов в результате их регенерации.

Описанный механизм деструкции компонентов клеточных стенок овощей при тепловой кулинарной обработке позволяет объяснить причины образования клейкого и тягучего картофельного пюре при протирании остывшего картофеля. В сваренном горячем картофеле оболочки клеток паренхимной ткани обладают достаточной прочностью и эластичностью и не разрушаются при приготовлении пюре. Ткань разрушается по резко ослабленным срединным пластинкам и готовое пюре имеет сухую рассыпчатую консистенцию.

При охлаждении вареного картофеля в результате уменьшения набухания клетчатки и гемицеллюлоз и растворимости продуктов деструкции гемицеллюлоз происходит определенное упорядочение элементов их нарушенной структуры, в результате эластичность клеточных стенок снижается, а жесткость (хрупкость) возрастает. Кроме того амилоза, перешедшая в срединные пластинки, ретроградирует, связь между клетками усиливается, жесткость студня внутри клейстеризованного крахмального зерна возрастает. И при механическом воздействии на клетки остывшего картофеля происходит разрушение клеток и зерен клейстеризованного крахмала и вытекающий из них клейстер придает структуре пюре нежелательную клейкость.