Реакции образования коричневых продуктов

Потемнение пищевых продуктов может иметь место в результате окислительных или неокислительных реакций. Неокислительное или неферментативное потемнение связано с реакциями углеводов и включает явление карамелизации и взаимодействие углеводов с белками или аминами (реакция Майяра).

Карамелизация. Это термическое превращение сахаров, нагреваемых в сухом виде при высоких температурах. Нагревание сахарозы прежде всего сопровождается отнятием от ее молекулы одной-двух молекул воды с образованием ангидридов или включением двойных связей в кольца углеводов. Реакции катализируются небольшими концентрациями кислот, щелочей и некоторых солей. Процесс сопровождается образованием летучих и полимерных нелетучих продуктов. Летучие продукты имеют сильный карамельный аромат (метилглиоксаль, оксиметилфурфурол). В результате образуются соединения, имеющие коричневый цвет.

При нагревании сухой сахарозы образуются высококмолеклярные продукты:

Карамелан – Карамелан (C₁₂H₁₈0₉) образуется при потере молекулой сахарозы двух молекул (10,5%) воды. Светло-соломенного цвета, растворяется в холодной воде и 80%-ном метиловом спирте.

Карамелен – При потере тремя молекулами сахарозы восьми молекул (14%) воды образуется карамелен (С₃₆Н₅₀О₂₅). Ярко-коричневцй цвет с рубиновым оттенком. Растворяется в холодной воде.

Карамелин – при потере двумя молекулами сахарозы семи молекул (18,4%) воды получается карамелин (С₂₄Н₃₀О₁₅). Темно-коричневый цвет. По некоторым данным растворяется в кипящей воде.

Дальнейшая термическая дегидратация ангидридов сахарозы (потеря молекулой сахарозы трех молекул воды) приводит к образованию оксиметилфурфурола, который подвергается изменениям: он либо усложняет свою молекулу с сохранением гексозоуглеводного скелета, образуя при этом гуминовые вещества.

Все названные вещества получаются одновременно. Их общий состав:

С_m(H₂O)_n. При этом m:n по мере повышения температуры и времени увеличивается от 1,09….3. По достижении значения 1,3 продукты карамелизации сахаров приобретают цвет.

Степень термических изменений и состав образующихся продуктов зависит от температуры, рН-среды и условий нагрева.

Реакция Майяра (меланоидинобразование). И ли как ее еще называют карбониламинная реакция, сахароаминная реакция. Впервые была описана Майяром (1912).

Реакция представляет собой сложную систему окислительно-восстановительных превращений между между редуцирующими сахарами и азотсодержащими веществами. Скорость и глубина этого процесса зависит от состава взаимодействующих продуктов, соотношения отдельных компонентов, рН среды, температуры и влажности. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего сахара, аминного соединения (аминокислоты, белки) и немного воды.

Наиболее общеприрнятой являтся схема Ходжа, в соответствии с которой р-ия М-я состоит из 3-х последовательно протекающих стадий: первоначальной, промежуточной и конечной.

1. Первоначальная: конденсация сахаров и АК. Без изменения цвета и поглощения УФ.

2. Промежуточная: характеризуется дегидратацией сахара, расщеплением сахара и Ак, с образованием слабоокрашенных желтых продуктов.

3. Конечная: образование темноокрашенных продуктов, вследствии альдольной конденсации и альдегид-альдегидной полимеризации.

 

Общей для структурных соединений, образующихся в результате реакции Майяра, является группа

Соединения, содержащие эту группу, обнаружены в пищевых продуктах, подвергшихся обжариванию (хлеб, кофе, какао, солод), при котором под воздействием высоких температур происходит неферментативное потемнение. Продуктами потемнения являются пиразаны, содержащиеся в миллионных долях в продуктах, которые подвергались обжариванию.

Реакция МО часто протекает при выпечке хлеба, жарке и тушении мяса, сушке фруктов и овощей, получении сухого молока, упаривании сахарного сиропа, при производстве солода.

Факторы влияющие на реакцию Меланоидинообразования

1. Характер реагирующих веществ (сахаров и аминов).

По способности к М. моносахариды можно расположить (по убыванию):

→

↓ Пентозы: арабиноза, ксилоза;

Гексозы: галактоза, моноза, фруктоза, глюкоза

Дисахариды.

 

Ак по силе М. располагаются:

глицин→аланин→фенилаланин→валин→лейцин…..

Т.е. с увеличением молекулярной массы АК образование комплексных соединений с сахарами затрудняется. Причем характер АК влияет на аромат смеси (аспаргиновая и глютаминовая кислоты дают запах миндаля, валин, лейцин-хлебный, фенилаланин-роза).

При участвии в реакции с сахаром, в качестве азосодержащего компонента аммиака образуются яркоокрашенные продукты с горьким вкусом.

2. рН-среды. Реакция протекает в широком диапазоне 3,1-11.0. Наиболее интенсивно МО протекает в нейтральной и щелочной среде, а также в концентрированных растворах. Замедляется эта реакция в присутствии Н₂SО₃, Н₂О₂, NаНSО₄ и др.

3. Температура и продолжительность нагрева. Первые стадии реакции идут при 18-20. При этом реакция протекает медленно. Конечные стадии протекают быстрее при 140. Чем выше температура и длительность, тем полнее идет реакция. Чтобы задержать нежелательные изменения, используют соединения, легко связывающиеся с карбонильными соединениями, например, перекись водорода, сернистую кислоту.

Чем выше интенсивность образования коричневой окраски, тем ниже пищевая ценность белковых продуктов. При этом теряется 20 − 50 % свободных аминокислот; с увеличением температуры и продолжительности нагревания эти потери возрастают. Потери аминокислот и сахаров наиболее значительны при обжаривании мяса.

Протекание реакции меланоидинообразования можно ингибировать снижением рН ниже 6 ед., обеспечением в продукте очень низкой или высокой «активности воды», снижением температуры технологического процесса, снижением концентрации сахара (разведением) или его полным удалением, например, путём окисления.

Таким образом, МО, с одной стороны, снижает пищевую ценность готового продукта вследствие потери ценных питательных веществ, с другой, − улучшает органолептические показатели готовых изделий.

Процессы брожения

Брожение – процесс с участием углеводов, используемый в ряде пищевых технологий: в производстве кисломолочных продуктов, пива, кваса, спирта, вина, во время тестоприготовления. Различают несколько видов брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое, пропионовокислое и маслянокислое. Наибольшее практическое значение в пищевой промышленности имеют спиртовое и молочнокислое брожение.

Спиртовое брожение осуществляется благодаря жизнедеятельности ряда микроорганизмов. Наиболее типичными организмами спиртового брожения являются дрожжи рода Saccharomyces. Суммарно спиртовое брожение может быть выражено следующим уравнением:

С₆Н₁₂О₆ = 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН

В реальном процессе спиртового брожения, кроме главных продуктов – этилового спирта и углекислого газа, всегда в незначительном количестве образуются другие спирты, а также карбоновые кислоты, от наличия которых зависит специфический аромат вина, пива и других спиртных напитков.

Другой вид брожения, важный для пищевых технологий, это молочнокислое брожение, при котором из одной молекулы гексозы образуются две молекулы молочной кислоты:

Молочнокислое брожение играет очень большую роль при производстве молочнокислых продуктов (простокваши, ацидофилина, кефира, кумыса, творога, кисломолочных сыров), при изготовлении кваса, хлебных заквасок и «жидких дрожжей» для хлебопечения, при квашении капусты, огурцов, при силосовании кормов.

Все микроорганизмы, вызывающие молочнокислое брожение, раз­деляются на две группы.

К первой группе принадлежат микроорганизмы, подобные Lactococcus lactis, сбраживающие гексозы в точном соответствии с вышеприведенным суммарным уравнением молочнокислого брожения. Их называют гомоферментативными молочнокислыми бактериями.

Вторую группу образуют гетероферментативные молочнокислые бактерии, которые, кроме молочной кислоты, образуют значительные количества других продуктов, в частности, уксусной кислоты и этилового спирта.