Файл: 1. классификация пищевых процессов и основные законы, лежащие в их основе классификация пищевых процессов.pdf

Характерная особенность сахарозы – исключительная легкость ее гидролиза: скорость процесса примерно в тысячу раз больше, чем скорость гидролиза при этих же условиях таких дисахаридов, как мальтоза или лактоза. Инвертный сироп обладает свойством антикристаллизатора и гигроскопичностью.
Гидролиз сахарозы может играть отрицательную роль, например, в сахарном производстве, так как при этом увеличиваются потери сахарозы за счет ее разложения. При получении сахара измельченную свеклу обрабатывают горячей водой, получая диффузионный сок, в котором растворены сахароза и другие вещества. Некоторые из этих соединений придают соку кислую реакцию. Для предотвращения гидролиза сахарозы диффузионный сок на первых стадиях очистки нейтрализуют.
Не менее важная роль принадлежит гидролизу крахмала. При кипячении с кислотами крахмал превращается в глюкозу. В качестве промежуточных продуктов в большем или меньшем количестве образуются полисахариды разной молекулярной массы – декстрины.
На первых этапах гидролиза появляются декстрины, мало отличающиеся от крахмала по размерам и свойствам. Они имеют довольно высокую молекулярную массу, в присутствии йода дают синюю или фиолетовую окраску. Это так называемые амилодекстрины. В процессе дальнейшего гидролиза крахмала молекулярная масса декстринов снижается, образуются эритродекстрины, которые в присутствии йода дают темно-бурое, затем красное окрашивание. Наконец появляются ахро- и мальтодекстрины, которые не изменяют цвета йодной пробы. По мере снижения молекулярной массы декстринов снижается их удельное вращение и уменьшается растворимость в спиртовых растворах. Продукт неполного гидролиза крахмала разбавленными кислотами или ферментами называется патокой. Кроме декстринов в ее состав входят мальтоза и глюкоза. Сырьем для получения патоки служит картофельный и кукурузный крахмал.
Гидролиз крахмала – процесс каталитический. В качестве катализатора при гидролизе крахмала применяют минеральные кислоты, обычно хлороводородную кислоту.
2. Меланоидинообразование. Это сложный окислительно- восстано-вительный процесс, включающий в себя ряд реакций, которые протекают последовательно и параллельно. В упрощенном

виде сущность этого процесса можно свести к следующему.
Низкомолекулярные продукты распада белков
(пептиды, аминокислоты), содержащие свободную аминную группу (–NH
2
), могут вступать в реакцию с соединениями, в состав которых входит карбонильная группа =С=О (например, с различными альдегидами и восстанавливающими сахарами – фруктозой, глюкозой, мальтозой), в результате чего происходит разложение как аминокислоты, так и реагирующего с ней восстанавливающего сахара. При этом из аминокислоты образуются соответствующий альдегид, аммиак и диоксид углерода, а из сахара – фурфурол и оксиметилфурфурол.
Альдегиды обладают определенным запахом, от которого зависит в значительной степени аромат многих пищевых продуктов.
Фурфурол и оксиметилфурфурол легко вступают в соединение с аминокислотами и образуют темноокрашенные продукты, называемые меланоидинами. Белки тоже могут вступать во взаимодействие с сахарами, но менее активно, чем аминокислоты, так как содержат меньше свободных аминных групп.
Образование меланоидинов – основная причина потемнения пищевых продуктов в процессе их изготовления, сушки и хранения.
Особенно интенсивно эта реакция протекает при повышенных температурах во время выпечки хлебобулочных и мучных кондитерских изделий; в процессе уваривания сахарных растворов при производстве сахарного песка; при сушке солода; при самосогревании зерна; в процессе тепловой обработки вин; при приготовлении присных и помадных масс типа крем-брюле. Реакция меланоидинообразования сопровождается потемнением получаемых продуктов (фруктово-ягодного пюре, соков, повидла, хлеба), которое наблюдается в процессе длительного нагревания этих продуктов при высокой температуре, а также при их фасовании в горячем виде и хранении при повышенной температуре.
При производстве ряда пищевых продуктов создают специальные условия для реакции меланоидинообразования (в хлебопечении).
3. Дегидратация. Одна из реакций, протекающих в процессе меланоидинообразования, связана с дегидратацией и разложением сахаров при нагревании. В то же время эта реакция может протекать самостоятельно под воздействием высоких температур на сахара
(сахарозу, глюкозу, фруктозу), вызывая ряд их превращений.
Характер этих превращений различен и зависит от условий

нагревания (степени и продолжительности теплового воздействия), реакции среды и концентрации сахара. Моносахариды, в частности глюкоза, при нагревании в кислой или нейтральной среде дегидратируют, т.е. разлагаются с выделением одной или двух молекул воды и образованием ангидридов глюкозы. Эти соединения, являясь реакционноспособными, могут соединяться друг с другом или с неизмененной молекулой глюкозы и образовывать так называемые продукты конденсации (реверсии). При длительном тепловом воздействии отщепляется третья молекула воды и образуется оксиметилфурфурол, который при дальнейшем нагревании может распадаться с разрушением углеводного скелета и образованием муравьиной, левулиновой кислот и окрашенных соединений.
4. Сульфитация. При производстве ряда пищевых продуктов реакция меланоидинообразования нежелательна (например, при получении сахара-песка). Существуют и другие причины. К примеру, при переработке овощей и плодов потемнение происходит за счет протекания биохимических процессов и образования меланинов. С образованием меланинов связано потемнение очищенных яблок и картофеля при непродолжительном хранении их на воздухе.
Для предотвращения потемнения пищевых продуктов их сульфитируют, т.е. обрабатывают диоксидом серы или его производными, чаще всего H
2
SO
3
. Диоксид серы как химический агент вызывает обесцвечивание многих растительных красящих пигментов и может быть использован для улучшения внешнего вида готового продукта.
Сульфитации подвергают диффузионный сок при его очистке в сахарном производстве, овощи и плоды при их переработке.
Кратковременная, в течение нескольких минут, обработка картофеля, абрикосов, яблок перед сушкой позволяет улучшить внешний вид готового продукта, предотвратить его потемнение.
Диоксид серы, сернистая кислота и ее соли являются в этом случае антисептиками, вызывая глубокие изменения в клетках микроорганизмов, особенно молочнокислых и уксусно-кислых бактерий.
Сернистая кислота оказывает влияние на растительную ткань сульфированных продуктов. Под ее влиянием происходит коагуляция протоплазмы клеток, нарушается тургор и сок частично

выходит в межклеточное пространство, в результате чего ткань плода размягчается. Являясь сильным восстановителем, сернистая кислота препятствует окислению химических веществ плодов.
Блокируя ферменты, катализирующие необратимое окисление витамина C, сернистая кислота способствует его сохранению.
Вступая в соединение с красящими веществами, сернистая кислота вызывает сильное обесцвечивание продукта. Все плоды и ягоды, имеющие красную, синюю и другую окраску (вишня, слива, малина, черная смородина и т.п.), после сульфитации теряют свой первоначальный цвет.
5. Окисление. Жиры при длительном хранении приобретают неприятные вкус и запах – прогоркают, что связано как с химическими превращениями их под действием света и кислорода воздуха, так и с действием некоторых ферментов. Однако наиболее распространенный тип прогоркания жиров – это прогоркание, обусловленное окислением ненасыщенных жирных кислот кислородом воздуха. При этом кислород присоединяется по месту двойных связей, образуя пероксиды (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Схема образования пероксидов
В результате дальнейшего разложения перекисей жирных кислот образуются альдегиды, придающие жиру неприятные запах и вкус.
При отсутствии кислорода воздуха данного процесса не происходит, поэтому при хранении в вакууме жир не прогоркает. В то же время присутствие антиоксидантов в жирах и жиросодержащих продуктах снижает скорость их окисления.
Наиболее активными естественными антиокислителями являются токоферолы (витамин Е).
1.4. Биохимические и ферментативные процессы
пищевых производств

Биохимические процессы протекают при участии ферментов и имеют большое практическое значение, так как лежат в основе технологий получения хлеба и хлебобулочных изделий, вина, пива, чая, аминокислот, органических кислот, витаминов и антибиотиков.
Эти процессы играют важную роль при хранении пищевого сырья и готовой продукции (зерна, овощей, жира, жиросодержащих продуктов и др.). Зная характер протекания биохимических процессов в пищевом сырье, можно установить особенности процесса, определить дефекты данной партии сырья, наметить наиболее правильный режим технологического процесса.
Факторы, влияющие на скорость биохимических процессов.
Скорость биохимических процессов зависит от природы субстрата и его атакуемости, податливости действию фермента, которая зависит от структуры субстрата. Например, атакуемость амилазами крахмала, полученного из зерна различных культур или из разных частей одного и того же зерна, различна. Она увеличивается с уменьшением размера крахмальных зерен, т.е. с увеличением их относительной поверхности, а также при механическом воздействии на структуру зерен крахмала (например, при длительном помоле зерна). Атакуемость белка протеиназами зависит от строения белковой молекулы: чем плотнее и прочнее структура белка, тем ниже его атакуемость ферментами.
Скорость биохимических процессов зависит от концентраций самого фермента и реагирующих веществ. При избытке субстрата скорость реакции определяется концентрацией фермента: чем она выше, тем быстрее идут реакции.
Наибольшее влияние на активность ферментов и скорость биохимических процессов оказывают температура и реакция среды.
С повышением температуры активность ферментов возрастает, достигает максимума, а затем снижается. Оптимальной для действия фермента является та температура, при которой его активность наибольшая. Температурный оптимум для растительных ферментов составляет около 40–50ºС.
Каждый фермент проявляет свое действие в узких пределах значений рН. В определенной зоне активность фермента наибольшая
– эта зона называется оптимальной зоной рН.
Оптимальное значение рН для действия ферментов зависит в основном от субстрата. Например, при действии папаина на желатин

оптимальное значение рН 5,0, а при действии на денатурированный яичный альбумин рН 7,5.
Скорость биохимических процессов может быть увеличена в присутствии активаторов. Многие ферменты активизируются под действием соединений восстанавливающего характера, в частности веществами, которые содержат сульфгидрильные группы: цистеином, глютатионом. Ингибиторы ферментов подавляют их активность. Действие ингибиторов основано на блокировании сульфгидрильных связей фермента и превращении их в дисульфидные группы.
По строению все ферменты можно разделить на две группы: однокомпонентные ферменты, состоящие только из белка, обладающего каталитическими свойствами; ферменты, состоящие из белковой части (апофермента) и связанного с ней органического вещества небелковой природы, называемого простетической группой.
Ферменты и ферментные препараты.
Биохимические процессы, протекающие при производстве пищевых продуктов и их хранении, связаны с действием собственных ферментов сырья, ферментов, вырабатываемых микроорганизмами и используемых в виде ферментных препаратов.
Ферменты находятся в сырье в свободном и связанном виде.
При прорастании зерна активность ферментов повышается, так как они полностью или частично становятся свободными. Каждый микроорганизм содержит комплекс разнообразных ферментов, многие из которых аналогичны ферментам растений и животных.
Источником получения биомассы микроорганизмов, используемой для выделения данного фермента, являются культуры плесневых грибов, бактерий, дрожжей и актиномицетов.
Ферментные препараты отличаются от ферментов тем, что помимо активного белка содержат балластные вещества.
Подавляющее количество препаратов являются комплексными, содержащими, помимо основного, еще значительное количество сопутствующих ферментов, хотя существуют ферментные препараты, в состав которых входит какой-либо один фермент. В комплексном препарате один фермент может преобладать и иметь наибольшую активность.
Роль ферментов в дыхании растительного сырья. Большую роль во взаимосвязи растительного сырья с окружающей средой

играет дыхание, под которым понимают окислительно- восстановительные процессы, регулируемые ферментами.
Различают аэробное дыхание, происходящее в присутствии кислорода воздуха, и анаэробное (интрамолекулярное), не требующее кислорода.
В растительном сырье всегда происходят анаэробные процессы, однако отрицательное влияние их сказывается лишь в том случае, если они преобладают. Чтобы ослабить анаэробное дыхание, сырье хранят при доступе воздуха.
Интенсивность дыхания зависит прежде всего от температуры и влажности сырья. Снижение этих параметров уменьшает интенсивность дыхания и увеличивает срок хранения сырья. Сухое сырье, например, зерно, отличается высокой лежкостью, т.е. способностью долго храниться (4–5 лет) без видимых признаков порчи. Сочное сырье (плоды, овощи) обладает меньшейлежкостью.
Основной способ продления периода покоя этого сырья заключается в хранении его в охлажденном состоянии. Одновременно активность дыхания сочного сырья можно снизить путем частичной замены кислорода воздуха инертными газами (СО
2
, N
2
и др.).
Роль оксидоредуктаз при производстве и хранении пищевых продуктов.
Большое практическое значение из класса оксидоредуктаз имеет фермент полифенолоксидаза, который действует в присутствии кислорода воздуха на монофенолы, о- дифенолы, полифенолы, дубильные вещества с образованием темноокрашенных соединений – меланинов. В состав этого фермента входит медь.
Если каким-либо способом связать медь, то фермент полностью теряет свою активность.
Полифенолоксидазу используют при производстве чая. При переработке зеленые листья подсушиваются и скручиваются в трубочку. В процессе последней операции происходит механическое разрушение значительной части клеток, что обеспечивает хороший контакт дубильных веществ чайного листа (субстрата) с ферментом.
Затем скрученный лист выдерживают определенное время при соответствующей температуре и высокой относительной влажности воздуха, т.е. создают условия для ферментации, при которой происходят окисление дубильных веществ полифенолоксидазой и образование темноокрашенных соединений, придающих цвет чаю.

Процессы ферментации, связанные с окислением дубильных веществ ферментами, протекают также при обработке какао-бобов.
Большое значение имеет этот фермент при производстве ржаного хлеба.
При выпечке последнего происходит ферментативный процесс образования меланинов за счет действия полифенолоксидазы муки на свободный тирозин.
В ряде производств эта биохимическая реакция может играть отрицательную роль, например, при использовании пшеничной муки, способной к потемнению при получении хлеба и макаронных изделий. Действием полифенолоксидазы объясняется потемнение на воздухе срезов картофеля, яблок, что ухудшает цвет продуктов их переработки (хрустящего картофеля, сухофруктов и др.).
Существуют различные способы предотвращения нежелательного потемнения изделий. Один из них заключается в химической обработке продукта перед сушкой – сульфитации, другие – в термической обработке картофеля, плодов и овощей перед сушкой. Чаще всего этого достигают путем бланширования: продукт на несколько секунд погружают в кипяток или обрабатывают паром.
Фермент при этом разрушается и в процессе сушки уже не действует, а продукт получается светлым.
Аскорбинатоксидаза окисляет аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую. Действие этого фермента нежелательно при сушке различных пищевых продуктов, в частности яблок, картофеля, овощей, так как образующаяся дегидроаскорбиновая кислота легко подвергается распаду. В результате этого снижается содержание витамина C в продукте, что сказывается на его пищевой ценности. Для инактивации фермента применяют сульфитацию или бланширование продуктов.
Липоксигеназа в присутствии кислорода воздуха окисляет ненасыщенные жирные кислоты, в основном линолевую и линоленовую, превращая их в пероксиды. Последние являются сильными окислителями: они действуют на насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, каротиноиды, витамин A, аскорбиновую кислоту и аминокислоты. В результате образуются альдегиды и кетоны, которые придают изделиям неприятный запах и вкус.
Велика роль этого фермента при хранении различных продуктов переработки зерна. На первых стадиях хранения липоксигеназа оказывает на качество пшеничной муки

благоприятное действие. Свежесмолотая мука для производства хлеба не используется. Такая мука дает мажущееся, липкое, расплывающееся тесто, которое связывает при замесе пониженное количество воды. Хлеб получается плотный, с плохой пористостью, с коркой, покрытой трещинами. При отлежке мука созревает. За счет окисления каротиноидов она становится светлее. В результате начального действия липоксигеназы и образования пероксидных соединений происходит укрепление структурно-механических свойств клейковины – и качество хлеба улучшается. В этом процессе важная роль также принадлежит ферменту липазе. Однако при длительном хранении мука прогоркает за счет образования в итоге большого количества альдегидов и кетонов. Этот же процесс наблюдается при прогоркании крупы.
Роль гидролаз при производстве и хранении пищевых продуктов. К числу важнейших гидролаз относится липаза, гидролизующая распад жира с образованием глицерина и свободных жирных кислот. Действие липазы имеет большое значение при хранении муки и крупы, содержащих большое количество жира
(например, овсяной).
В целом зерне липаза и липоксигеназанеактивны. В продуктах переработки зерна их активность увеличивается, особенно если зерно или муку хранят при повышенной температуре и высокой относительной влажности воздуха. При этом вначале возрастает кислотность продукта. Для предотвращения прогоркания муки и крупы необходимо инактивировать оба фермента. Для этого зерно перед помолом обрабатывают паром.
Наибольшее значение из амилолитических ферментов имеют
α-, β-амилазы и глюкоамилаза. Фермент α-амилаза расщепляет крахмал с образованием низкомолекулярных декстринов и незначительного количества мальтозы. При действии β-амилазы на крахмал в основном образуются мальтоза и небольшое количество высокомолекулярных декстринов. Полное расщепление крахмала до мальтозы возможно при одновременном действии α- и β-амилаз.
Глюкоамилазагидролизует крахмал с образованием преимущественно глюкозы и небольшого количества декстринов.
Амилазы имеют большое значение при оценке хлебопекарных свойств пшеничной муки, а именно при оценке ее газо- и

сахарообразующей способности. Источниками α-амилазы являются солод (проросшее зерно) и ферментные препараты.
Реакция гидролиза крахмала ферментами является основной в ряде пищевых технологий. При получении жидких дрожжей в состав питательной среды для размножения дрожжевых клеток должны входить сахара. Они образуются за счет добавления в заваренную муку светлого солода, при этом клейстеризованный крахмал быстро гидролизуется амилазами солода до мальтозы.
В спиртовой промышленности источником сахара, который сбраживается в дальнейшем дрожжами до спирта и диоксида углерода, обычно является крахмал зерна или картофеля. Сырье предварительно тонко измельчают, в результате чего улучшаются условия гидролиза его составных частей, в том числе частично целлюлозы, гемицеллюлоз и пентозанов клеточных стенок. При разваривании крахмалсодержащего сырья крахмал клейстеризуется и переходит в коллоидный раствор. Затем проводят его возможно более полное осахаривание солодом или ферментными препаратами плесневых грибов, которые содержат глюкоамилазу или смесь этого фермента и α-амилазы. Замена солода ферментными препаратами позволяет экономить солод, увеличивает выход спирта, снижает его себестоимость и значительно интенсифицирует процесс осахаривания. В пивоваренной промышленности основным сырьем является богатый ферментами ячменный солод.
Протеолитические ферменты (протеиназы и пептидазы) катализируют расщепление пептидной связи белков и полипептидов. Под действием этих ферментов белок превращается в пептоны и полипептиды, а конечным продуктом реакции являются аминокислоты.
Применение протеолитических ферментов позволяет гидролизовать белки, пептоны и полипептиды сырья до аминокислот, являющихся ценным азотистым питанием для дрожжей, что улучшает технологический процесс, особенно в пивоварении, виноделии и получении спирта.
Пектолитические ферменты гидролизуют пектиновые вещества. Процесс гидролиза пектиновых веществ имеет большое значение для переработки плодов, ягод и овощей. Пектиновые вещества, являясь гидрофильными коллоидами, повышают водоудерживающую способность растительной ткани и тем самым препятствуют полному отделению сока, задерживают выделение