Физико-химические процессы, происходящие при кулинарной обработке картофеля, овощей и плодов

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

В начальный период тепловой кулинарной обработки картофе­ля, овощей и плодов 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 вследствие денатурации белков разрушаются, отдельные компоненты клеточ­ного сока и других структурных элементов клетки получают воз­можность взаимодействовать друг с другом и окружающей средой.

В результате окислительных, гидролитических и других про­цессов изменяются химический состав продуктов, их структурно-механические характеристики и органолептические показатели.

Представляют интерес такие физико-химические процессы, происходящие в картофеле, овощах и плодах при тепловой кули­нарной обработке, которые вызывают изменения механической прочности паренхимной ткани (размягчение), консистенции, массы, содержания основных пищевых веществ, цвета, вкуса и аромата.

Размягчение картофеля, овощей и плодов

Размягчение тканей картофеля, овощей и плодов, как прави­ло, происходит при тепловой кулинарной обработке. Без воздей­ствия теплоты размягчение наблюдается в основном в плодах (яблоки, груши, бананы и др.) и некоторых овощах (томаты) в процессе созревания и хранения технически спелой продукции вследствие процессов, протекающих в них под действием фер­ментов. Частичное размягчение тканей капусты белокочанной наблюдается при квашении, что связано, по-видимому, как с ферментативными процессами, так и с кислотным гидролизом протопектина, которого в клеточных стенках квашеной капусты содержится в 1,5 раза меньше, чем в свежей.

Подвергнутые тепловой кулинарной обработке картофель, овощи и плоды приобретают более мягкую консистенцию, легче раскусываются, разрезаются и протираются. Степень размягче­ния картофеля, овощей и плодов в процессе тепловой обработки оценивают по механической прочности их тканей. При оценке механической прочности тканей картофеля, овощей и плодов с помощью различных приборов определяют сопротивление тканей резанию, разрыву, сжатию, проколу и др.

Так, механи­ческая прочность образцов сырого картофеля при испытании их на сжатие составляет около 13*10⁵ Па, а вареного — 0,5*10⁵ Па, образцов сырой свеклы — 29,9*10⁵ Па, вареной — 2,9*10⁵ Па.

Размягчение картофеля, овощей и плодов при тепловой кулинарной обработке связывают с ослаблением связей между клетками, обусловленным частичной деструкцией клеточных стенок.

Деструкция клеточных стенок

Представленные на рис. 9.5 микрофотографии ткани сырой и вареной свеклы свидетельствуют о том, что клеточные стенки последней отличаются более разрыхленной структурой.

Однако при доведении овощей и плодов до кулинарной го­товности клеточные стенки не разрываются. Более того, клеточ­ные оболочки вареных овощей не разрываются при протирании и раскусывании, так как обладают достаточной прочностью и эластичностью. В этих случаях ткань разрушается по срединным пластинкам, которые подвергаются деструкции в большей степе­ни, чем клеточные оболочки.

Благодаря этому при разжевывании вареного картофеля не ощущается, например, вкус крахмального студня. Клеточные оболочки не разрушаются даже при очень длительной тепловой обработке овощей и плодов, когда может происходить частичная мацерация их тканей (распад на отдельные клетки).

Рис. 9.5. Микрофотографии ткани сырой (а) и вареной (о) свеклы (по Г. М. Харчук)

Установлено, что в процессе тепловой кулинарной обработки картофеля, овощей и плодов глубоким изменениям подвергают­ся нецеллюлозные полисахариды клеточных стенок: пектиновые вещества и гемицеллюлозы, а также структурный белок экстенсин, в результате чего образуются продукты, обладающие раз­личной растворимостью. Именно степень деструкции полиса­харидов и растворимость продуктов деструкции обусловливают изменение механической прочности клеточных стенок овощей и плодов при тепловой кулинарной обработке. Изменения целлю­лозы в этом случае сводятся главным образом к ее набуханию.

Деструкция протопектина

Известно, что при тепловой кулинарной обработке картофе­ля, овощей, плодов и других растительных продуктов содержа­ние протопектина в них уменьшается. Так, при доведении ово­щей до кулинарной готовности содержание протопектина в них может снижаться на 23...60 % (табл. 9.2).

Таб.9.2. Содержание протопектина в некоторых овощах до и после варки

Согласно современным представлениям о строении студней пектиновых веществ деструкция протопектина обусловлена в первую очередь распадом водородных связей и ослаблением гидрофобного взаимодействия между этерифицированными остатками галактуроновой кислоты, а также разрушением хелатных связей с участием ионов Са²⁺ и Mg²⁺ между неэтерифицированными остатками галактуроновой кислоты в цепях рамногалактуронана. Гидрофобное взаимодействие - контакты между структурными элементами (обычно белками), в результате которых сводится к минимуму их взаимодействие с водой.

Важно, что распад водородных связей между этерифицированными остатками галактуроновой кислоты различных цепей рамногалактуронана возможен только при наличии определенного количества влаги, которая может поступать в клеточные стенки после денатурации белков мембранных клеточных структур.

Хелатные связи распадаются только в ходе ионообменных реакций по схеме

Сдвиг реакции вправо может быть обусловлен образованием нерастворимых или малорастворимых солей кальция и магния с различными органическими кислотами (щавелевой, фитиновой, лимонной и др.) и пектинами, которые присутствуют в клеточ­ном соке овощей и плодов. При тепловой обработке продуктов клеточные мембраны разрушаются вследствие денатурации белков, облегчаются диффузионные процессы с проникновением указанных веществ в клеточные стенки, и реакция протекает в направлении разрушения солевых мостиков с образованием малорастворимых продуктов (соли органических кислот, в том числе оксалаты и пектаты).

Кроме того, происходит гидролиз гликозидных связей в самих цепях рамногалактуронана, в результате чего макромолеку­лы последнего деполимеризуются. Это подтверждается накопле­нием в овощах и плодах полигалактуроновых кислот различной степени полимеризации и рамнозы.

Следует отметить, что высокометоксилированные пектиновые вещества подвергаются гидролизу легче, чем низкометоксилированные. В результате этих превращений образуются продукты деструкции протопектина, обладающие различной растворимостью в воде. Продукты деструкции, содержащие неметоксилированные и неионизированные остатки галактуроновой кислоты, не растворяются или слабо растворяются в воде, а продукты деструкции, содержащие метоксилированные и ионизированные остатки галактуроновой кислоты, растворимы.

Следовательно, особенность механизма деструкции протопектина отдельных видов овощей и плодов определяется прежде всего степенью этерификации остатков галактуроновой кислоты в цепях рамногалактуронана. Чем выше степень этерификации (при прочих равных условиях), тем дольше срок тепловой обра­ботки. Если степень этерификации полигалактуроновой кисло­ты в протопектине свеклы составляет 72 %, капусте белокочанной — 65, моркови — 59 %, то можно предположить, что ионообменные процессы в деструкции протопектина моркови при ее тепловой обработке играют большую роль, чем в деструкции протопектина свеклы и капусты белокочанной. Особенно важ­ную роль ионообменные процессы играют в деструкции таких продуктов, как картофель, кабачки и др., в которых степень эте­рификации полигалактуроновых кислот близка к 40 %.

Действительно, при удалении из картофеля, моркови, капусты белокочанной и свеклы части водорастворимых веществ, принимающих участие в ионообменных процессах, путем выще­лачивания продолжительность их варки до готовности увеличилась соответственно в 6; 3; 2,5 и 1,25 раза. И наоборот, при насыщении выщелоченных образцов моркови и свеклы раствором оксалата натрия продолжительность их тепловой обработки со­кратилась соответственно в 3 и 1,75 раза.

Образующиеся в результате деструкции протопектина растворимые в воде продукты вымываются из клеточных стенок, что приводит к их разрыхлению и ослаблению связей между клетками. Механическая прочность тканей овощей и плодов при этом снижается.

Деструкция протопектина начинается при 60 °С, с повышением температуры процесс интенсифицируется. На рис. 9.6 представлен график изменения содержания протопектина и ме­ханической прочности тканей корнеплодов в процессе их варки. На каждом этапе тепловой, обработки механическая прочность тканей корнеплодов снижается в значительно большей степени, чем содержание протопектина. Это свидетельствует о том, что на процесс размягчения растительной ткани при тепловой обработ­ке кроме деструкции протопектина могут оказывать влияние и другие факторы, в частности изменения гемицеллюлоз и струк­турного белка экстенсина.

Рис. 9.6. Степень изменения содержания протопектина и механической прочности тканей корнеплодов в процессе варки:

1 — свекла; 2 — морковь; 3 — петрушка;

__________протопектин; _ _ _ _ _ _ _механическая прочность

Деструкция гемицеллюлоз

При тепловой кулинарной обработке овощей наряду и параллельно с деструкцией протопектина происходит деструкция ге­мицеллюлоз также с образованием растворимых продуктов. Гемицеллюлозы клеточных стенок при тепловой обработке расти­тельных продуктов 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.