ВОПРОС 2. Реакции дегидратации и термической деградации углеводов
Проходят при высокой температуре. Реакции дегидратации проходят по принципу р-элиминации. Отщепление воды приводит к образованию различных продуктов. Дегидратация пентоз приводит к образованию фурфурола, дегидратация гексоз приводит к мальтола, изомальтола, 2-гидроксиацетилфурана. Зная у которого атома произошла элиминация, можно угадать продукты реакции. Если в первом положении – это изомальтол и мальтол, если в четвертом – 2-гидроксиацетилфуран.
Ключевым продуктом дегидратации глюкозы является 3-дезокси- Д- глюкозон, дальнейшая его дегидратация приводит к образованию оксиметилфурфурола.
При термической деградации происходит фрагментация цепи углевода, предварительно дегидратированного. Образуются муравьиная, уксусная, левулиновая кислоты.
ВОПРОС 3. Реакции образования коричневых продуктов
Потемнение пищевых продуктов может иметь место в результате окислительных или неокислительных реакций. Окислительное или ферментативное потемнение — это реакция между фенольным субстратом и кислородом, катализируемая ферментом полифенолоксидазой. Это потемнение, имеющее место на срезах яблок, бананов, груш, не связано с углеводами.
1. Неокислительное или неферментативное потемнение представлено в пищевых продуктах очень широко. Оно связано с реакциями углеводов и включает явление карамелизации и взаимодействие углеводов с белками или аминами. Последнее известно как реакция Майяра.
1а. Карамелизация Карамелизация. Реакция карамелизации осуществляется при нагреве свыше 100 °С растворов глюкозы, фруктозы, сахарозы. При этом происходят различные превращения углеводов. При нагревании сахарозы в слабокислой среде происходит частичный гидролиз (инверсия) с образованием глюкозы и фруктозы. Реакции происходят при температуре 100С и выше, приводит к изменению химического состава моно и дисахаридов, повышается цветность продуктов, увеличивается содержание редуцирующих сахаров. Карамельные продукты имеют сопряженные двойные связи и поэтому могут поглощать свет определенной длины волны. У карамельных продуктов имеются различные группировки: ОН, СООН, С=О и др. От молекул глюкозы и фруктозы при нагревании может отщепляться 1-2 молекулы воды, а продукты конденсироваться между собой и с сахарозой. Моетт от глюкозы отщепиться три молекулы воды, происходит дегидратация с образованием оксиметилфурфурола, дальнейшее разрушение которого приводит к разрушению углеродного скелета и образованию муравьиной и левулиновой кислот. Оксиметилфурфурол образуется при нагревании растворов углеводов низкой концентрации – 10 - 30 %, это вещество имеет коричневый цвет и специфический запах пропеченной корочки хлеба.
На первом этапе реакции карамелизации от молекулы сахарозы отщепляется две молекулы воды. Образуется карамелан, состоящий из ангидроколец, содержащих в кольце двойные связи (дигидрофуран, циклогексанолон и другие соединения), которые имеют коричневый цвет. На втором этапе отщепляется три молекулы воды и образуется карамелен, имеющий темнокоричневый цвет. На третьем этапе происходит конденсация молекул сахарозы и образуется карамелин, имеющий темнокоричневый цвет, плохо растворимый в воде. Карамелизация сахарозы осуществляется при содержании сахарозы 70 - 80 %.
Схема превращения дисахаридов при нагревании:
70-80 %
ДИСАХАРИДЫ → КАРАМЕЛАН → КАРАМЕЛЕН → КАРАМЕЛИН
Схема превращения моносахаридов при нагревании:
10-30 %
ГЛЮКОЗА, ФРУКТОЗА → АНГИДРИДЫ → ОКСИМЕТИЛФУРФУРОЛ
↓
МУРАВЬИНАЯ КИСЛОТА,
ЛЕВУЛИНОВАЯ КИСЛОТАтакже определяет их положительную роль в пищевых продуктах.
1.б. Меланоццинобразование. Реакция Майяра является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых продуктов. Под меланоидинообразованием понимают взаимодействие восстанавливающих сахаров в аминокислотами, пептидами, белками с образованием темноокрашенных соединений – меланоодинов. Процесс состоит из последовательно и параллельно протекающих реакций, до конца не изучен. Много образуется промежуточных продуктов. Четка изучена первая реакция процесса – образование аминосахаров – реакция Майяра.
Сначала образуется соединения, называемые аминосахара (например, глюкозоглицин или др.) Далее превращения идут по пути превращение глюкозоаминов во фруктозоамины, далее полимеризации с образованием дифруктозоаминов, далее по пути енолизации (перемещения двойных связей в цепи молекулы), или разрушение углеродной цепи. Продукты реакции взаимодействуют между собой и образуют соединения с сопряженнымидвойными связями, которые могут поглощать свет определенной длины волны и выглядят темноокрашенными.
Факторы, влияющие на интенсивность меланоидинообразования:
1) температура (интенсивнее происходит при высоких температурах (выпечка),
2) влажность и активность воды (при промежуточном влагосодержании быстрее),
3) присутствие ионов металлов переменной валентности (в присутствии ионов меди и железа быстрее),
4) рН среды (в нейтральной и щелочной среде быстрее),
5) вид моно и дисахара и аминокислоты, которые взаимодействуют между собой (с участием фруктозы и глицина - быстрее процесс),
6) реакция тормозится серной кислотой, перекисями, сульфитами, ферментом глюкозооксидазой (которая окисляет глюкозу до клюконовой кислоты).
Роль.
1. Образующиеся в ходе реакций промежуточные продукты играют роль в формировании аромата и вкуса продуктов, образовании вкусной, хрустящей, золотисто-коричневой корочки хлеба. В ходе реакций карамелизации и образования меланоидиновых пигментов образуются разнообразные вещества с определенным запахом, вкусом, коричневым цветом. Продукты реакции неферментативного потемнения могут не только придавать цвет и запах продукту, но и влиять на другие его свойства. Мальтол и этилмальтол. имеют сильный карамельный аромат и обладают сладостью, кроме того, мальтол влияет на текстуру пищевого продукта, давая эффект большей «бархатистости». При взаимодействии D-глюкозы с глицином при 100"С может продуцироваться карамельный аромат, аромат ржаного хлеба (валин), шоколада (глютамин). При реакции D-глюкозы с валином при 100°С — ощущается аромат ржаного хлеба, а при 180°С — аромат шоколада.
2. Промежуточные продукты реакции Майяра обладают антиокислительной активностью.
Однако
1. Происходит потеря незаменимых аминокислот (особенно лимитирующих), т. е. потеря питательной ценности продукта.
2. Есть единичные публикации, в которых указывается, что некоторые продукты реакции Майяра могут быть мутагенными.
3. Положительная и отрицательная роль процессов зависит от вида производства. Продукты реакций карамелизации и меланоидинообразования и образование ароматических компонентов важны в хлебопечении, производстве безалкогольных напитков и пива, кондитерских изделий. В иных случаях (например, при кислотном способе получения глюкозы) образование таких продуктов характеризуется как недостаток, поскольку ухудшает качество получаемых сиропов и ведет к определенной потере важных компонентов перерабатываемого сырья.
4. Образовавшиеся продукты затрудняют усвоение белков.
