Технология пищевых производств

УГЛЕВОДЫ

Углеводы широко распространены в природе, главным об­разом, в растительном мире. Синтезируются углеводы в зеле­ных частях растений. Наряду с белками и жирами, они явля­ются необходимой составной частью пищи человека и живот­ных, причем по количеству преобладают над всеми другими компонентами.

В семенах злаков углеводы составляют до 80%, а в рисе до 90%. Большое количество содержится их в хлебе, крупах и картофеле в виде крахмала, в виде Сахаров — в сахаре, в кон­дитерских изделиях, сладких плодах и ягодах.

Многие отрасли пищевой промышленности связаны с био­химической переработкой углеводов (брожение теста, получе­ние вина, пива, спирта, дрожжей, пищевых кислот, ацетона и т. д.). В крахмало-паточной промышленности из растений добывается крахмал и превращается в патоку, декстрины, глю­козу, мальтозу. Свеклосахарная промышленность добывает из клубней сахарной свеклы и сахарного тростника ценнейший пищевой продукт — сахарозу.

Углеводы — это вещества, состоящие из углерода, кисло­рода и водорода с общей формулой Cm(H20)„. Они делятся па две группы: моносахариды и полисахариды, которые в свою очередь делятся на полисахариды первого порядка (сахароза, мальтоза, лактоза и др.) и полисахариды второго порядка — высокомолекулярные углеводы (крахмал, клетчатка и др.).

Главные представители моносахаридов — гексозы (C6Hi206) п пентозы (С5Н10О5). Все моносахариды — кристаллические вещества, хороню растворимые в воде и оптически активные (вращают плоскость поляризации). В пищевом отношении моносахариды — наиболее легко усвояемые углеводы; без уча­стия ферментов они в неизмененном состоянии всасываются че­рез стенки кишечника в кровь.

Наиболее важное значение из моносахаридов в пищевом отношении имеют глюкоза и фруктоза. Глюкоза широко рас­пространена в растительном мире; она находится в семенах, плодах, листьях и корнях растений в свободном состоянии или в составе полисахаридов. Много ее в соке винограда (до 10%). Особенно много связанной глюкозы находится в растениях в виде крахмала и клетчатки. Много в пчелином меде — около половины сухих веществ. В промышленности глюкозу получают путем кислотного гидролиза крахмала. Глюкоза сбраживается дрожжами, негигроскопична. Сладость ее составляет 70% от сладости сахарозы.

Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) в природе распрост­ранена как в свободном, так и в связанном состоянии. Вместе с глюкозой она находится во многих плодах и ягодах. В рав­ном с глюкозой количестве находится в виноградном соке и пчелином меде. В связанном состоянии находится в сахарозе.

На воздухе фруктоза гигроскопична, что затрудняет ис­пользование ее в чистом виде в кондитерском производстве. При кипячении водного раствора быстро разлагается. По сла­дости она в 1,5 раза превосходит сахарозу; как и глюкоза сбраживается дрожжами.

Наибольшее пищевое значение из полисахаридов первого порядка имеют три днсахарида: сахароза, мальтоза и лактоза. Все они являются кристаллическими веществами, хорошо рас­творимы в воде, сладкие. Наибольшую сладость имеет саха­роза, затем мальтоза и лактоза. Все три сахара оптически активны и обладают общим для полисахаридов свойством под - вертаться гидролитическому распаду (кислотному или фермен­тативному) с образованием двух моноз. Сахароза — наиболее распространенный в растительном мире сахар. Ее много в сахарной свекле, тростнике, в плодах дыни, арбуза. В про­мышленности сахароза получается из сахарной свеклы и сахар­ного тростника. Она хорошо сбраживается дрожжами, подвер­гается гидролизу, распадаясь на глюкозу и фруктозу.

Смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Он обладает антикристаллизационными свойствами. Эти свой­ства широко используются в кондитерской промышленности. В сахарной же промышленности от инвертного 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 фер­ментного гидролиза крахмала при участии амилаз. Сбражи­вается дрожжами в присутствии глюкозы.

Лактоза (молочный сахар)—сахар, дающий при гидролизе галактозу и глюкозу. Она содержится в молоке всех млеко­питающих, например в коровьем молоке ее 4—5%. Сбражи­вается лактоза лишь теми видами дрожжей, которые выраба­тывают фермент лактазу.

Относительная сладость Сахаров (в усл. ед.) следующая: сахароза — 100; фруктоза — 173; инвертный сахар—130; глю­коза— 74; мальтоза—32,5; галактоза — 32,1; лактоза — 16.

Полисахариды второго порядка — это высокомолекулярные соединения. В растительном мире они играют роль запасного питательного вещества или же являются основой опорных тка­ней организма. Полисахариды под действием кислот или соот­ветствующих ферментов расщепляются на свои первичные строительные структуры.

Крахмал — наиболее важный по своей пищевой ценности полисахарид. Он содержится во всех растениях, выполняя роль запасного питательного вещества. Например, в зернах разных злаков крахмала содержится от 55 до 80%, в картофеле— 75%. Зерно крахмала состоит из двух компонентов — амилозы и амилопектина, одинаковых по химическому составу, но разных по структуре. Формула и того, и другого—(C6Hi0O5)r;, но у амилозы /г = 200ч-1000, а у амилопектина доходит до 200000.

В холодной воде зерна крахмала не растворяются. Но при нагревании воды начинается процесс его клепстеризации, при­чем для разных крахмалов температура клейстеризации раз­лична (например, для пшеничного она равна 55—60°С).

При кипячении с разбавленными кислотами крахмал пре­вращается в глюкозу; при ферментном гидролизе солодовой амилазой — в основном в мальтозу и частично в глюкозу. Гидролиз крахмала протекает ступенчато через образование декстринов, представляющих собой обрывки цепей крахмаль­ных молекул. Крахмал очень гигроскопичен. В обычных усло­виях, хотя он и сухой на ощупь, он удерживает до 20% влаги.

Крахмал в пищевой промышленности — основное сырье для ііроизводства глюкозы и патоки, применяемой в кондитерской промышленности в качестве антикристаллизатора.

В растительных продуктах наряду с углеводами, обеспечи­вающими организм энергией, содержатся так называемые не­пищевые углеводы — целлюлоза, или клетчатка, и пектиновые вещества. Практического значения как источник энергии в пище­вом рационе клетчатка не имеет, поскольку усваивается только на 25%, но клетчатка способствует нормальной функции кишечника.

Серый пшеничный хлеб, ржаной хлеб, овощи, в которых содержится клетчатка, нужно повседневно включать в рацион. Очень полезны сырые овощи и фрукты.

Целлюлоза — это полисахарид, составляющий основную массу органического вещества всех растений, основу их опорных структур. Особенно много целлюлозы в волокнах хлопчатника (свыше 90%)- Чистая клетчатка — белая гигроскопичная масса волокнистого строения без вкуса и запаха. В воде она не на­бухает, устойчива к действию разбавленных кислот и щелочен. При полном кислотном гидролизе клетчатка, как и крахмал, превращается в глюкозу. Примесь клетчатки к белкам заметно снижает их усвояемость, так как клетчатка адсорбирует ами­нокислоты и сокращает длительность прохождения белка по желудочно-кишечному тракту.

Пектиновые вещества не усваиваются организмом,.но играют важную роль в физиологии питания и в пищевой технологии. Они образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами, выводят их из организма. В кислой среде в присутствии сахара и кислоты пектиновые вещества- образуют плодово-ягодные студни. На этом их свойстве основано производство джема, повидла, мармелада, пастилы.

В растительном сырье пектиновые вещества встречаются в виде нерастворимого в воде протопектина или растворимого пектина. Процесс перехода протопектина в растворимый пек­тин происходит при созревании плодов и ягод, при тепловой обработке растительного сырья, при осветлении плодово-ягод­ных соков. Наибольшее количество пектиновых веществ содер­жится в яблоках, айве, абрикосах, сливе (до 1,5%).

Поступая в организм человека, все сложные углеводы под­вергаются гидролитическому распаду, превращаясь в глюкозу. Моносахариды также превращаются в глюкозу. Глюкоза через стенки кишечника непосредственно всасывается в кровь. Нор­
мальное содержание глюкозы в крови около 0,1%. Количество это регулируется печенью: если сахара поступает много,, то он накапливается в печени в виде запасного вещества животного крахмала (гликогена), который при недостаточном поступлении Сахаров в организм превращается в глюкозу.

Свыше половины энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности, организм человека получает с углеводами. Если организм получает достаточное количество углеводов, то нменно они, а не другие пищевые вещества (жиры и белки) являются источниками энергии. При их избыточном поступле­нии они превращаются в жир и откладываются в виде запасов в тканях. При недостатке углеводов удовлетворение энергети­ческих потребностей организма будет осуществляться за счет жиров и белков.

Углеводы имеют исключительно важное значение для дея­тельности мышц, нервной системы, сердца, печени и других органов. Они играют роль в процессах обмена веществ, так как необходимы для нормального усвоения организмом жиров. Но избыточное поступление сахара в сочетании с общим высо­кокалорийным питанием может привести к ожирению, раннему развитию атеросклероза и снижению работоспособности. Кроме названных отрицательных последствий, избыточное поступле­ние сахара может привести к возникновению гинергликемии (повышенное содержание сахара в крови), которая отрица­тельно сказывается на функции поджелудочной железы.

Средняя суточная потребность взрослого человека в углево­дах 500 г (от 430 до 630 г). Но несмотря на такое большое потребление, в организме человека содержание углеводов не превышает 2%.

В нормальном пищевом рационе углеводов должно быть приблизительно в 4 раза больше, чем белков. Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Чем интенсивнее физическая нагрузка, чем больше объем мышечной работы, тем выше потребность в углеводах. Пожи­лым людям, а также лицам, занимающимся умственным трудом и имеющим избыточный вес, рекомендуется, чтобы количество ежедневно поступающего в организм сахара не превышало 15% от общего суточного количества углеводов.