Углеводы
Углеводы – полигидроксильные соединения, содержащие альдегидную или кетонную группы или образующие эти группы при гидролизе.
Углеводы состоят из углерода, кислорода и водорода в соотношении – на один атом углерода одна молекула воды (отсюда название углевод), общая формула Сn(Н2О)n.
Основными источниками углеводов в питании человека являются продукты растительного происхождения. В растениях они синтезируются методом фотосинтеза из СО2 и Н2О с участием хлорофилла и фотонов солнечного света.
Все углеводы делят на 2 группы:
- простые сахара (моносахара – пентозы: арабиноза, ксилоза, рибоза и гексозы: глюкоза, фруктоза)
- сложные сахара (полисахариды),
полисахариды 1 порядка – дисахариды: сахароза, мальтоза, трисахариды: рафиноза
полисахариды 2 порядка – крахмал, гликогены, клетчатка, целлюлоза, слизи, левулезаны
По пищевой ценности углеводы делят на усвояемые и неусвояемые. Усвояемые углеводы перевариваются и метаболизируются в организме человека. Неусвояемые не расщепляются ферментами (т.к. нет в пищеварительных соках фермента, содержащего b-гликозидную связь), секретируемыми в пищевом тракте человека (рафинозные олигосахариды, альфа-глюконовые полисахариды – целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, лигнин, слизи, камеди), однако в пищеварении выполняют моторную функцию желудка и обладают некоторой сорбционной способностью к токсическим элементам.
Наиболее знакомыми нам углеводами являются сахара: небольшие молекулы, производимые растениями при комбинировании двуокиси углерода (углекислого газа) и воды во время фотосинтеза. Самым важным из сахаров является глюкоза. Животные растения получают энергию за счет сжигания углеводов, вновь превращая их в двуокись углерода и воду. Наши клетки сжигают только глюкозу и, хотя мы потребляем наравне с другими углеводами и другие сахара (фруктозу, мальтозу и сахарозу), организм до переработки превращает их в глюкозу.
Ткани растений формируются путем сцепления сахаров для построения больших молекул, называемых сложными углеводами, или полисахаридами. Древесина состоит из целлюлозы - нерастворимого полисахарида. Некоторые из полисахаридов, например крахмалы, приятны на вкус и используются в пищу. Другие (целлюлоза, камедь, лигнин) совершенно не перевариваются высшими животными. Грубая (волокносодержащая) пища не обеспечивает организм питательными веществами, но играет важнейшую роль в нашей диете. Люди, потребляющие мало грубой пищи, подвержены хроническим запорам. Большие объемы такой пищи формируют массы, необходимые для правильной работы кишечника, и выполняют защитные функции, о которых говорилось выше.
Мы сжигаем получаемую с пищей глюкозу так быстро, что через несколько часов после еды от нее ничего не остается. Люди и животные преобразуют некоторое количество сахаров в сложный углевод - гликоген, сохраняя его в печени и мышцах. Он нужен для того, чтобы избежать зависимости от других источников глюкозы - жира и белка. В отсутствие гликогена организм вырабатывает глюкозу и из этих субстанций. В результате наступает так называемый голодный кетоз, когда продукты распада тканей чрезмерно окисляют кровь, замедляя обычную метаболическую активность и вызывая тошноту. Обеспечив потребление минимума углеводов (по меньшей мере 15% всех дневных калорий), вы получаете возможность сжигать жир, избежав кетоза. Лучшая диета предусматривает по крайней мере 50% углеводов.
За сахаром закрепилось название «белая смерть». В литературе по диетологии (диета в переводе с греческого – здоровый образ жизни) появилось понятие «сахаролик». Дело в том, что сахар представляет собой рафинированный продукт, что приводит к недополучению человеком сотен, а возможно, и тысяч разнообразных биологически активных веществ, которые усваивали наши предки с пищей в течение миллионов лет. При попадании в кишечник сахароза быстро распадается на глюкозу и фруктозу и всасывается в кровь. В крови заметно повышается концентрация глюкозы. Это своеобразный удар по поджелудочной железе, от которой требуется поставлять организму достаточное количество гормона – инсулина, чтобы отрегулировать содержание глюкозы в крови. Подобные резкие колебания уровня глюкозы в крови требуют от организма напряженной работы и даже включения резервных регуляторных возможностей.
Наиболее частое и серьезное последствие избыточного потребления рафинированного сахара – нарушение обмена веществ, прежде всего обмена углеводов, ожирение, сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания.
В суточном рационе питания, где углеводы составляют 350-500 г, доля сахара от общего количества углеводов должна составлять 15-20%. От такого количества сахара организм не будет испытывать излишних нагрузок.
Среди полисахаридов растительных продуктов наибольшее значение в питании человека имеет крахмал. Для усвоения крахмала требуется значительно больше времени, чем для усвоения сахара. Конечный продукт расщепления крахмала – глюкоза – поступает в кровь медленно, концентрация ее поддерживается на одном уровне.
При недостатке углеводов в организме появляются слабость, головокружение, головная боль, чувство голода, сонливость, потливость, дрожь в руках.
Функции углеводов:
1. энергетическая
2. защитная (слизистые выделения животных организмов содержат вещества углеводной природы, предохраняющие органы от воздействия внешней среды, а также от проникновения патогенных микроорганизмов
3. регуляторная (в пище необходимо присутствие определнного количества углеводов, например, клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение желудка и кишечника и тем самым вызывает мускульные сокращения желудочно-кишечного тракта).
4. Пластическая (участвуют в построении сложных белков, ферментов и др. жизненно важных веществ).
5. Структурная (клетчатка)
6. Запасных питательных веществ (у растений углеводы откладываются в виде крахмала, а у животных – в виде гликогена).
Моносахариды. Главные представители – гексозы (С6Н12О6) и пентозы (С5Н10О5).
Все моносахариды (монозы) – кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и оптически активные (вращают плоскость поляризации).
В пищевом отношении монозы наиболее легкоусвояемые углеводы: без участия ферментов они в неизменном состоянии всасываются через стенки кишечника в кровь.
Глюкоза С6Н12О6 – виноградный сахар, менее сладок, чем сахароза (74%). Находится в семенах, плодах, листьях и корнях растений в свободном состоянии или в составе полисахаридов. Особенно много глюкозы находится в растениях в виде крахмала и клетчатки. Много в пчелином меде – около половины содержания сухих веществ. Исключительно важна для питания сердечной мышцы. Иногда в научно-технической литературе ее называют – декстроза. Глюкоза входит в состав сахарозы, крахмала и лактозы.
В промышленности глюкозу получают путем кислотного и ферментативного гидролиза крахмала.
Глюкоза сбраживается дрожжами, негигроскопична.
Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) в природе распространена как в свободном, так и в связанном состоянии. Вместе с глюкозой находится во многих плодах, овощах, ягодах. В равном с глюкозой количестве находится в виноградном соке и пчелином меде. В связанном состоянии находится в сахарозе. Нормальное содержание глюкозы в крови около 0,1%. Это количество регулируется печенью: если сахара поступает много – его избыток накапливается в печени в виде животного крахмала - гликогена, если мало, то гликоген превращается в глюкозу и поступает в кровь.
На воздухе фруктоза гигроскопична, что затрудняет ее использование в чистом виде в кондитерском производстве. При кипячении водного раствора быстро разлагается. По сладости в 1,5 раза превосходит сахарозу. Как и глюкоза сбраживается дрожжами.
Фруктоза усваивается в человеческом организме по-другому, нежели глюкоза и не вызывает быстрого нарастания сахара в крови, не требует значительных количеств инсулина для регулирования уровня сахара.
Наибольшее пищевое значение из полисахаридов 1 порядка имеют три дисахарида: сахароза, мальтоза и лактоза.
Все они являются кристаллическими веществами, хорошо растворимыми в воде, сладкие. Наибольшую сладость имеет сахароза, затем мальтоза и лактоза.
Все три сахара оптически активны и обладают общим для полисахаридов свойством подвергаться гидролитическому распаду (кислотному или ферментативному) с образованием двух моноз.
Сахароза (С12Н22О11)– наиболее распространенный в растительном мире сахар. Ее много в сахарной свекле, сахарном тростнике, плодах дыни, арбуза.
В промышленности сахарозу получают из свеклы и сахарного тростника. Хорошо сбраживается дрожжами. Подвергается гидролизу, распадаясь на составные компоненты – глюкозу и фруктозу. Смесь этих сахаров называется инвертным сахаром, который обладает антикристаллизационными свойствами (он не засахаривается). Это свойство как положительное широко используется в кондитерской промышленности. В сахарной же промышленности от инертного сахара (который там относят к вредным несахарам) необходимо избавляться, так как он мешает процессу кристаллизации сахарозы.
Мальтоза при гидролизе распадается на две молекулы глюкозы. В свободном состоянии мальтоза в природе встречается главным образом в семенах злаковых, особенно при их прорастании. В основном мальтоза получается в результате ферментативного гидролиза крахмала при участии амилазы солода. Сбраживается дрожжами в присутствии глюкозы. Используется в промышленности как составная часть зернового солода при производстве пива и крахмальной патоки. Некоторые виды микроорганизмов способны из мальтозы синтезировать декстрины. Мальтоза играет важную роль в тестоведении, т.к. расщепляясь имеющимися в дрожжах глюкоамилазой образует глюкозу, которая в дальнейшем принимает участие в брожении теста.
При гидролизе лактоза распадается на галактозу и глюкозу. Она содержится в молоке всех млекопитающих, в коровьем молоке, например, ее 4-5%. Сбраживается лактоза лишь теми видами дрожжей, где присутствует фермент лактаза.
Сахара как пищевые продукты ценятся в основном за сладость. Однако степень сладости у них различная. Если сладость сахарозы условно принять за 100 единиц, то относительная сладость фруктозы 173 единицы, инвертного сахара – 130, глюкозы – 74, ксилозы – 40, мальтозы – 32,5, галактозы – 32,1, раффинозы – 23, лактозы – 16 единиц.
Лактит – сахарозаменитель, позволяющий заменять сахарозу в мороженом, хлебобулочных изделиях, шоколаде, карамели, жвачке. Получают лактит из лактозы путем каталитической гидрогенизации. Энергетическая ценность лактита 2,4 ккал/грамм, что почти в 2 раза меньше, чем сахарозы. Лактит является безопасным для эмали зубов, т.к. он трансформируется микроорганизмами ротовой полости в кислоту. Имеет невысокий уровень сладости 0,4 по отношению к сахарозе. Лактит представлен в кристаллической форме и не гигроскопичен. Высоко стоек при высоких температурах и низком значении рН.
Необходимая суточная доза (грамм)
| фруктоолигосахариды | |
| лактит | |
| трансгалактоолигосахариды | |
| инулин |
Значение моносахаридов
1. обусловливают сладость фруктов, ягод, меда и др.
2. моносахариды при восстановлении образуют многоатомные спирты
 |
глюкоза [H] сорбит
 |
ксилоза [H] ксилит - подслащивающие вещества
3. при окислении глюкозы образуется витамин С
4. моносахариды – питательная среда для выращивания кормовых дрожжей.
Восстанавливающие дисахариды – мальтоза, лактоза, целлобиоза
Невосстанавливающие дисахариды – сахароза, трегалоза
Восстанавливающие дисахариды образуются в том случае, если химическая связь между молекулами моносахарида образуется с участием гликозидного гидроксила одной молекулы (у атома углерода в положении (1) и спиртового гидроксила или карбонильнойгруппой другой молекулы.
 |
Такой дисахарид содержит гликозидный гидроксил, поэтому он способен образовывать таутомерную форму, содержащую альдегидную группу. Поэтому как все альдегиды он обладает восстанавливающими свойствами (восстанавливает Аg2O Аg
 |
Си2+ Си1+).
Невосстанавливающие дисахариды образуются в том случае, если химическая связь между молекулами моносахаридов образуется с участием гликозидного гидроксила одной молекулы и гликозидного гидроксила другой молекулы. Такой дисахарид не имеет гликозидного гидроксила, поэтому он не может образовывать таутомерную форму, имеющую альдегидную группу и поэтому не обладает восстанавливающими свойствами.
Полисахариды 2 порядка - это полимеры, построенные из большого числа остатков моносахаридов.
Полисахариды делят на гомополисахариды (построены из большого числа остатков одного моносахарида) и гетерополисахариды (построены из большого числа остатков разных моносахаридов).
В растительном мире они играют роль запасных питательных веществ или же являются основой опорных тканей организма.
Полисахариды под действием кислот или соответствующих ферментов расщепляются на свои первичные строительные структуры.
Крахмал – наиболее важный по пищевой ценности полисахарид, построенный из остатков a-Д-глюкозы. Он содержится во всех растениях, выполняя роль запасного питательного вещества. Например, в зернах различных злаков крахмала содержится от 55 до 80%, в картофеле – 75%.
Зерно крахмала состоит из двух компонентов – амилозы (20%) и амилопектина (80%), одинаковых по химическому составу, но разных по структуре. Молекулы амилозы состоят из моносахара – глюкопиранозы, остатки которой соединены между собой в неразветвленные цепи a-глюкозидными связями. Молекулы амилопектина, состоящие также из остатков глюкопиранозы, насчитывают около 50 ветвей и более 1000 молекул моносахара.Формула и того и другого (С6Н10О5)n, но у амилозы n = 200…1000, а у амилопектина доходит до 200000.
В холодной воде зерна крахмала не растворяются. Но при нагревании воды начинается процесс клейстеризации крахмала, причем для разных крахмалов температура клейстеризации различная (для пшеничного, например, она 55-600С).
Существует два основных типа гидролиза крахмала: разжижение, т.е. образование сравнительно крупных высокомолекулярных осколков – декстринов, и сахарификация, т.е. образование преимущественно низкомолекулярных углеводов, обычно дисахарида мальтозы, состоящего из двух частиц глюкозы.
При кипячении с разбавленными кислотами крахмал превращается в глюкозу, при ферментативном же гидролизе (солодовой амилазой) – в основном в мальтозу и частично в глюкозу.
Гидролиз крахмала протекает ступенчато, через декстрины, представляющие собой обрывки цепей крахмальных молекул. Образование декстринов (декстринизация) имеет место при термообработке зерна, муки. Например, на поверхности хлеба образуется блестящая корочка – это декстрины; при гранулировании и брикетировании кормов также идет декстринизация. Декстрины склеивают частички комбикорма и образуются прочные гранулы.
В результате полного направленного гидролиза можно получить глюкозу или фруктозу, а также глюкозно-фруктозные сиропы. Сладкий вкус, быстрая усвояемость и высокая энергетическая ценность обеспечивают им важную роль в пищевом рационе.
Если в качестве исходного сырья используют крахмал и осуществляют управляемый неполный гидролиз, результатом является многокомпонентная смесь, включающая моносахарид D-глюкозу, дисахарид мальтозу, олигосахариды (три-, тетра- и т.д., вплоть до декасахаридов), а также полисахариды (молекулы, содержащие свыше 10 остатков D-глюкозы). На ход гидролиза влияют многие факторы: рН среды, температура, тип гидролизующего агента, длительность процесса.
Целевой продукт, очищенный и сконцентрированный до содержания сухих веществ 80% - это вязкий, некристаллизующийся сироп (крахмальная патока); высушенный гидролизат – мальтодекстрины и сухой глюкозный сироп (в зависимости от глубины расщепления).
Сушка некоторым образом меняет свойства продуктов гидролиза, и каждая из форм имеет свою сферу применения. Например, сухие продукты функционально не работают в системах с низкой влажностью, в сахаристых массах, так как им нужна свободная влага для набухания и набора вязкости. Для использования в качестве ингибиторов кристаллизации их необходимо вводить на первых стадиях процесса в воду, желательно до внесения сахара или совместно с ним.
Для классификации продуктов неполного гидролиза крахмала используют такой показатель, как декстрозный эквивалент (DE – Dextrose Equivalent). Он характеризует глубину расщепления крахмала косвенно, через восстанавливающую способность входящих в гидролизат сахаров. Восстанавливающая способность D-глюкозы (декстрозы) – принята за 100. Восстанавливающая способность мальтозы – вдвое меньше.
Таким образом, применительно к сахаристым крахмалопродуктам декстрозный эквивалент – это количество восстанавливающих сахаров в 100 г продукта в пересчете на D-глюкозу и выраженное в процентах.
Близкие по показателю DE продукты могут отличаться по составу. Поэтому декстрозный эквивалент не может служить единственным критерием идентификации. Объективным показателем является состав смеси. В некоторых случаях целесообразно руководствоваться дополнительными показателями, например, средней молекулярной массой. И обязательной характеристикой целевого продукта является используемое сырье.
| Свойства | Увеличение степени гидролиза /DE Крахмал(min DE) – Декстроза (max DE) | |||
Вязкость | ||||
Связывающая способность порошка (когезия) | ||||
Сладкий вкус | ||||
Гигроскопичность | ||||
Молекулярная масса | ||||
Антикристаллизация порошка | ||||
Потеменение при нагревании | ||||
Температура замораживания | ||||
Отдача аромата | ||||
Способность к брожению | ||||
Пищевая ценность |
Согласно мировой торговой практике, к мальтодекстринам причисляют продукты гидролиза крахмала с содержанием редуцирующих сахаров в пересчете на сухую декстрозу 10-20%. Сахаристые крахмалопродукты с содержанием редуцирующих сахаров, не превышающим 10%, относят к декстринам (расщепленным, гидролизованным крахмалам).
В этом случае к сухим сахаристым крахмалопродуктам применима следующая градация:
1. DE 2-10 – декстрины;
2. DE 10-20 – мальтодекстрины;
3. DE 21 и выше – сухие глюкозные сиропы.
В соответствии с современным законодательством продукты первой группы – декстрины (расщепленные крахмалы, гидролизованные с помощью кислот, ферментов крахмалы) относятся к пищевым добавкам – модифицированным крахмалам Е1400, Е1401, Е1405.
Продукты второй и третьей групп, которые производят практически тем же способом, к пищевым добавкам не относятся. Вернее им не присвоен код ЕС.
Загустители. Мальтодекстрины, сообщая системе значительную вязкость, обеспечивают хорошую отдачу аромата. В продуктах, приготовленных с использованием крахмала, аромат раскрывается плохо. Способность повышать вязкость снижается с увеличением декстрозного эквивалента. Сухие глюкозные сиропы с DE более 35 незначительно влияют на вязкость, однако уплотняют консистенцию, придавая продукту «тело». С учетом того, что сухие сиропы глюкозы – одни из немногих загустителей, совместимых с алкоголем, - они незаменимы как текстураторы слабоалкогольных и алкогольных напитков, включая водку. Дополнительным преимуществом сахаристых крахмалопродуктов как загустителей является их сладкий вкус. Например, коэффициент сладости добавки с DE 40 близок к 0,4. Поэтому сухие сиропы глюкозы эффективны в напитках с пониженным содержанием сахара. Они как бы уравновешивают сладость напитков и их консистенцию.
Носители и наполнители. Нейтральный запах и быстрая растворимость позволяют использовать мальтодекстрины взамен крахмала при производстве большинства сухих комплексных пищевых добавок: пряностей, приправ, подсластителей. Они являются идеальным носителем для продуктов, получаемых распылительной и вальцовой сушкой: вкусоароматических добавок, сухих концентратов овощных и фруктовых соков, порошкообразных сыров и жиров, забеливателей для кофе. В полуфабрикаты соусов, напитков какао и кофе, супов и других продуктов удобного и быстрого потребления они привносят густоту, эффект моментального растворения, сбалансированность сладкого и сливочного вкуса.
Связующие. В фармацевтике и пищевых технологиях, где формование проводится осевым сжатием (например, прессование таблеток), а также в процессах сухого и влажного гранулирования мальтодекстрины проявляют себя как эффективное связывающее.
Стабилизаторы. В сахаристых кондитерских изделиях, зерновых плитках типа «Гранола» мальтодекстрины используют для замедления кристаллизации сахара, улучшения жевательной текстуры, в мороженом – для предотвращения роста кристаллов лактозы и льда. Срок хранения изделий при этом увеличивается.
Особое свойство сахаристых крахмалопродуктов – способность влиять на замораживание. При добавлении сахара в какую-либо систему температура ее замораживания существенно понижается. Путем замены сахара на мальтодекстрин можно повысить точку замораживания.
| Декстрозный эквивалент (DE) | Назначение | Состав, % | ||
| глюкоза | мальто-за | олиго- и полисахариды | ||
| до 3 | Жевательные конфеты, жевательная резинка, желе, ирис | 0,5 | 0,5 | |
| 5-8 | Детское питание, покрытия, носитель для добавок, получаемых распылительной сушкой, средство для капсулирования | 0,5 | 1,0 | 98,5 |
| 8-10 | 0,5 | 1,5 | ||
| 11-14 | Детское питание, сухое молоко, полуфабрикаты супов и соусов | |||
| 18-20 | Безалкогольное пиво, сухие сливки для кофе, кетчупы и соусы, напитки на базе кофе и какао | |||
| 20-23 | ||||
| 28-31 | ||||
| 31-24 | Мороженое, фруктовые сиропы, хлебопекарные улучшители, соусы, выпечка, мармелад, алкогольные и безалкогольные напитки | |||
| 36-40 | ||||
| 38-41 | ||||
| 45-48 |
Крахмал очень гигроскопичен: в обычных условиях, несмотря на то, что он сухой на ощупь, он удерживает около 20% влаги.
В пищевой промышленности крахмал – это основное сырье для производства глюкозы и патоки (смесь глюкозы, мальтозы и олигосахаридов), применяемой в кондитерской промышленности в качестве антикристаллизатора.
Крахмал используют в пищевой промышленности также в качестве загустителя (кисель).
Технология картофельного крахмала
1. отмывание поверхности картофеля от грязи и отделение тяжелый (камни, песок и пр.) и легких (солома, щепки и до.) примесей
2. тонкое измельчение картофеля на картофелетерках для разрыва максимального количества клеток (это важнейшая операция)
3. выделение основной массы клеточного сока обработкой кашки на центрифугах (такая операция проводится не на всех заводах, так как очень дорогая)
4. отделение крупной мезги (частиц клетчатки) и отмывание ее от крахмальных зерен (эту операцию производят на ситах)
5. выделение крахмала из полученной крахмальной суспензии на шнековых (осадительных) центрифугах (отделение соковой воды)
6. рафинирование крахмальной суспензии, т.е. отделения на ситах мелкой мезги (измельченной клетчатки)
7. размывка (промывание) крахмала, т.е. окончательная очистка его в основном от всех нерастворимых и растворимых примесей (в гидроциклонах).
Гликоген (животный крахмал) – присутствует в печени, мышцах, в дрожжах некоторых грибов. По своему строению подобен амилопектину, но является еще более разветвленным. С йодом дает красно-бурое окрашивание.
В растительных продуктах наряду с углеводами, обеспечивающими организм энергией, содержатся так называемые непищевые углеводы, представителем которых является целлюлоза (клетчатка). Практического значения как источник энергии в пищевом рационе она не имеет, усваиваясь примерно на 25%, но способствует нормальной функции кишечника.
Пшеничный хлеб из муки второго сорта, ржаной хлеб, овощи нужно включать в меню ежедневно. Много целлюлозы содержится в сушеных овощах (2,9…14%), свежих ягодах (2..5%), свежих овощах (1…1,5%). В сутки рекомендуется употреблять 10-15 г клетчатки.
Клетчатка переваривается только жвачными животными, т.к. в их желудке имеются особые бактерии, гидролизующие клетчатку с помощью фермента – целлюлазы.
Недостаток клетчатки способствует развитию ожирения, желче-каменной болезни, рака.
Клетчатка нормализует деятельность полезной микрофлоры кишечника и способствует (особенно с пектиновыми веществами) выведению холестерина из организма.
Клетчатка не растворима в воде и большинстве других растворителей. Она растворяется в конц. растворе хлористого цинка, в конц. минеральных кислотах.
При полном кислотном гидролизе целлюлоза, как и крахмал, превращается в глюкозу. Смесь целлюлозы с белками заметно снижает их усвояемость, так как она адсорбирует аминокислоты и сокращает длительность прохождения белка по желудочно-кишечному тракту.
Целлюлоза – основной структурный компонент оболочки растительной клетки. Основное ее физиологическое действие – это способность связывать воду (до 0,4 г воды на 1 г клетчатки).
Пектиновые вещества – гликаногалактуронаны – основной компонент растений и водорослей. Общим признаком пектиновых веществ является основная цепь полигалактуроной кислоты. Часть карбоксильных групп в молекуле пектиноа этерифицирована метиловым спиртом. В состав пектиновых веществ входят также моносахариды – галактоза, арабиноза и др.
Название «пектины» произошло от греческого слова «рекtos», что означает «свернувшийся, застывший».
По внешнему виду пектины представляют собой порошки светло-серого цвета с высокой гигроскопичностью и слабокислым вкусом.
Содержание пектиновых веществ составляет от 0,2 до 2,5%.
Молекулярная масса пектинов составляет от 18 до 800 тысяч.
Больше всего пектинов в цитрусовых (лимон, апельсин, грейпфрут), корзинках подсолнечника, сахарной и кормовой свеклы, яблоках.
В растениях пектины находятся в двух формах:
- водонерастворимый (протопектин)
- водорастворимый
Нерастворимые пектиновые вещества составляют большую часть первичных клеток стенок и межклеточного вещества растений в комплексе с гемицелюллозой. Растворимый пектин содержится в клеточном соке. Пектиновые вещества способствуют удержанию тканей в состоянии тургора, повышает засухоустойчивлсть растений и устойчивость плодов и растений при хранении.
Протопектин жестко связан с клетчаткой, белками не только ковалентными связями, но и за счет ионных мостиков кальция и магния.
В зависимости от количества этерифицированных карбоксильных групп различают:
- высокометаксилированные пектины (> 50%) – яблоки и цитрусовые
- низкометаксилированные (< 50%) - сахарная свекла, корзинки подсолнечника
Размягчение растительных материалов при созревании происходит в результате перехода нерастворимого протопектина в растворимый пектин под действием пектолитических ферментов. Для перехода нерастворимого протопектина в растворимый используют также кислоты.
Желирующая способность пектина зависит от длины цепи галактуроновых кислот и метоксильных групп.
Наличие в молекуле пектина химически активных групп способствует образованию прочных нерастворимых соединений с вредными веществами (тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами), а также с веществами, которые накапливаются в организме человека в результате его жизнедеятельности (холестерин, мочевина, биллерубин и т.д.). Образующиеся соединения выводятся из организма (комплексообразующая способность).
Лучшими комплексообразующими свойствами отличаются низкометаксилированные пектины (сахарная свекла, корзинки подсолнечника).
Вязкие пектиновые растворы обволакивают слизистую оболочку желудка, предохраняя ее от механических и химических воздействий, препятствуют всасыванию токсинов. Это уменьшает воспалительные процессы, способствует быстрому восстановлению организма.
Кроме того, пектины являются питательной средой для полезных микроорганизмов, которые сдвигают рН среды в более кислую сторону и способствуют гибели болезнетворных бактерий.
Часть пектиновых веществ способна всасываться в кровяное русло, связывает и удаляет вредные вещества, например, до 27% холестерина, «очищает» стенки кровеносных сосудов.
Пектиновые вещества тормозят всасывание углеводов и нормализуют уровень глюкозы в крови; снижают вредное действие лекарства на организм.
Одним из важных свойств пектина является способность его растворов образовывать прочные гели в присутствии сахара и кислот, что позволяет использовать его как естественный желирующий продукт.
Пектин широко применяется в пищевой промышленности в качестве студнеобразователя. Его используют при приготовлении кондитерских изделий – мармелада, зефира, желейных сортов конфет, фруктовых начинок и кремов для тортов, в хлебопечении. В консервной промышленности пектин служит стабилизатором соков, загустителем томата-пюре, острого томатного соуса, желирующей добавкой в повидле, джемах, конфитюрах. В молочной промышленности он находит применение как эмульгатор при производстве мороженого, фруктово-молочных напитков, сметаны, майонеза, необходим в сыроделии. В медицине этот продукт применяется как дезинтоксикатор, он способствует выводу из организма тяжелых металлов и радионуклидов.
Сырьем для промышленного производства пектина служит лимонная корка (20-40%), жом яблок (10-20%), жом сахарной свеклы.
Традиционная технология производства пектина независимо от вида используемого растительного сырья основывается на кислотном гидролизе протопектина при высоких температурах и молекулярной диффузии пектина из частиц сырья в экстракт.
В нашем государстве - единственное предприятие, которое производит пектин, находится в г. Бар (Винницкая область).
Технология производства пектина:
1. промывание сухих выжимок (промывают холодной водой для удаления сахаров, органических кислот, красящих веществ, ухудшающих студнеобразующие свойства пектина)
2. экстракция пектина (после промывания выжимки заливают горячей водой с подкислением минеральной кислотой – в основном соляной или серной. Кислота добавляется с таким расчетом, чтобы рН смеси составляла 2-2,5. Минеральная кислота выполняет роль гидролизующего агента, который разрушает связи пектина с другими веществами клетки, уменьшая его молекулярную массу, благодаря чему пектин переходит в водный раствор. Время экстракции составляет 1,5-2 ч при 850С.).
3. отделение экстракта от выжимок (После этого экстракт сливают, а выжимки заливают горячей водой. Таким образом, получают пектиновый экстракт, в котором содержится 0,5% пектина)
4. фильтрование экстракта
5. концентрирование экстракта (Для увеличения концентрации пектина его уваривают под вакуумом до концентрации 4% пектина. Этот экстракт представляет собой вязкую, серообразную массу с фруктовым запахом)
6. осаждение пектина (Серообразную массу осаждают с помощью спирта. Спирт является более гидрофильным, чем пектин, поэтому при добавлении спирта в экстракт пектин выпадает в осадок в виде губкообразной массы. Осадок отфильтровывают.
7. Сушка (Отфильтрованный осадок сушат. Высушенный пектин измельчают и упаковывают в герметичную тару)
Основные производители пектина в мире: США, Франция, Англия, Дания.
ОСНОВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Углеводы в сравнении с лабильными компонентами такими как витамины, например, рассматривают как стабильные при переработке сырья в пищевые продукты. Частичные механические потери углеводов, снижающие пищевую ценность продуктов связаны с процессами мойки, очистки, измельчения и т.д.
Наибольшее значение из чисто химических превращений имеют кислотный гидролиз, карамелизация и меланоидинообразование. Ограниченное значение находит ферментативный гидролиз моно- и дисахаридов.
Гидролиз – это распад поли- и дисахаридов до моносахаров. Гидролиз может быть ферментативный и неферментативный.
Гидролиз дисахаридов применяется в пищевой промышленности при получении инвертного сахара (смесь равных количеств глюкозы и фруктозы), а сам кислотный гидролиз сахарозы называют инверсией. Инверсию используют для предупреждения засахаривания и с целью экономии сахарозы при производстве алкогольных напитков. Инвертный сахар, получаемый при кипячении сахарного сиропа с лимонной или винной кислотой обладает большей сладостью. Поэтому расход сахарозы при производстве напитков резко снижается, если использовать инверсию. Инвертный сахар лучше растворяется в воде, поэтому при хранении он не кристаллизуется.
В молочной промышленности гидролизу подвергают лактозу. Большая часть из которой используется в качестве добавки в корма, либо как наполнитель таблеток и лекарственных препаратов. В ограниченных масштабах на основе молочной сыворотки получают клюкозно-галактозные сиропы. Применение гидролиза лактозы объясняется повышением порога ее сладости. Обычная лактоза плохо растворима в воде и ее сладость составляет 16 единиц по отношению к сахарозе.
В последнее время для гидролиза лактозы вместо кислоты используют фермент лактазу.
Частичной гидролизацией клетчатки и пектинов объясняется размягчение овощей и фруктов при варке или бланшировании.
При созревании плодов и овощей происходит ферментативный гидролиз пектиновых веществ, благодаря чему пектин переходит в водорастворимую форму.