Функции моносахаридов и олигосахаридов в пищевых продуктах
Гидрофильность
Гидрофильность – одно из основных физических свойств углеводов, полезных для пищевых продуктов. Гидрофильность обусловлена наличием многочисленных ОН-групп. Они взаимодействуют с молекулой воды посредством водородной связи, приводя таким образом к сольватации и (или) к растворению сахаров и многих их полимеров. Эффект связывания воды в значительной степени зависит от структуры сахара.
Так, данные табл. 3.11 иллюстрируют, что, например, фруктоза значительно более гигроскопична, чем D-глюкоза, хотя они имеют и одинаковое число гидроксильных групп. При 100%-й равновесной относительной влажности воздуха сахароза и мальтоза связывают одинаковое количество воды, в то же время лактоза гораздо менее гигроскопична. Гидратные формы, имеющие прочную кристаллическую структуру, в меньшей степени способны абсорбировать влагу.
Следует отметить, что неочищенные сахара или сахарные сиропы в большей степени способны абсорбировать воду, чем очищенные сахара. Причина этого заключается в том, что примеси препятствуют образованию водородных связей между молекулами сахара и ОН-группы сахаров становятся более доступными для связывания воды посредством водородных связей. Способность связывать воду и контролировать активность воды (aw) в пищевых продуктах – одно из наиболее важных свойств углеводов (см. гл. 10).
Благодаря этому свойству можно (в зависимости от вида продукта) решать вопрос – надо ли лимитировать поступление влаги или контролировать ее потерю. Например, замороженные пекарские изделия не должны содержать больших количеств абсорбированной влаги, поэтому в этих изделиях более целесообразно использовать такие сахара, как мальтоза, лактоза. В других случаях необходим контроль aw, чтобы не происходила потеря влаги при хранении. Это относится к кондитерским и пекарским продуктам. Здесь хорошие результаты дает применение гигроскопичных сахаров, зерновых сиропов, фруктозных сиропов, инвертного сахара.
Связывание ароматических веществ
Для многих пищевых продуктов, при получении которых используются разные виды сушки, углеводы являются важным компонентом, способствующим сохранению цвета и летучих ароматических веществ. Сущность этого заключается в замене взаимодействия сахар–вода на взаимодействие сахар–ароматическое вещество:
Сахар–вода + ароматическое в-во → сахар–ароматическое в-во + вода
Летучие ароматические вещества – это многочисленная группа карбонильных соединений (альдегиды, кетоны), производные карбоновых кислот (эфиры) и др.
Способность к связыванию ароматических веществ у дисахаридов выражена в большей степени, чем у моносахаридов. Очень хорошими фиксаторами аромата являются циклодекстрины (декстрины Шардингера (см. рис. 3.30)), которые образуются при действии на крахмал амилазы Bacillus macerans.
Рис. 3.30. Декстрины Шардингера
Эффективными фиксаторами аромата и красящих веществ являются большие углеводные молекулы, например, гуммиарабик. Образуя пленку вокруг этих веществ, он препятствует абсорбции влаги и потере ее за счет испарения и химического окисления. Большим прогрессом в фиксации пищевых ароматов является использование в технике микрокапсулирования смесей гуммиарабика и желатина.
Образование продуктов неферментативного потемнения и пищевого аромата
Как уже отмечалось, реакции неферментативного потемнения дают окрашенные меланоидиновые пигменты и много разнообразных летучих компонентов. Именно они ответственны за тот или иной запах пищевых продуктов, в процессе производства которых присутствует тепловая обработка. При этом следует иметь в виду, что в одних случаях их образование имеет положительное значение в общей оценке качества пищевого продукта, в других – может быть нежелательно. Продукты реакции неферментативного потемнения могут не только придавать цвет продукту, но и влиять на другие его свойства. Например, можно отметить двойственную функцию мальтола и этилмальтола. Сами по себе они имеют сильный карамельный аромат и обладают сладостью. Кроме того, мальтол влияет на текстуру пищевого продукта, давая эффект большей "бархатистости". Изомальтол, по сравнению с мальтолом, примерно в 6 раз более эффективен по показателю сладости. Продукты термического разложения сахаров включают пирановые и фурановые соединения, а также фураноны, лактоны, эфиры; наличие тех или иных ароматических соединений придает каждому продукту присущий ему аромат.
При протекании сахар-аминной реакции также образуются ароматические вещества – имидазолы, пиразины, пирролы и др. Например, при взаимодействии D-глюкозы с аминокислотами при 100°С может продуцироваться карамельный аромат (если используемая аминокислота – глицин), аромат ржаного хлеба (валин), шоколада (глютамин). Кроме того, образование тех или иных ароматических веществ зависит от температуры. Например, при реакции D-глюкозы с валином при 100°С – ощущается аромат ржаного хлеба, а при 180°С – аромат шоколада; с пролином – при 100°С – запах жареного белка, а при 180°С – аромат, присущий пекарским изделиям. Гистидин при реакции с D-глюкозой (100°С) не дает никакого аромата, а при 180°С – запах жженого сахара. Аромат, получающийся при реакции D-глюкозы с серосодержащими аминокислотами, отличен от других аминокислот. Так, при взаимодействии D-глюкозы с метионином получаются продукты, имеющие запах картофеля, с цистеином и цистином – запах жареного мяса. С этим необходимо считаться при производстве пищевых продуктов, и в ряде случаев, с точки зрения потребительских свойств, количество летучих ароматических компонентов должно ограничиваться.
Сладость
Ощущение сладости во рту при потреблении низкомолекулярных углеводов характеризует еще одну важную функцию их в пищевых продуктах. В табл. 3.12 дана характеристика относительной сладости различных углеводов по сравнению с сахарозой (сладость которой принимается за 100).