Функціональні властивості вуглеводів

Найбільш важливі функціональні властивості моно - та олігосахаридів. ґрунтуються на фізико-хімічних властивостях і полягають в насту­пному:

- гідрофільність (гігроскопічність);

- солодкість;

- здатність зв'язувати ароматичні речовини;

- здатність утворювати продукти неферментативного потемніння;

- структуроутворювальна здатність.

Гідрофільність зумовлена наявністю чисельних груп-ОН, які вза­ємодіють з водою за допомогою водневих зв'язків. Це впливає на гі­гроскопічність цукрів, яка є різною. Найбільшу гіг­роскопічність має фруктоза; сахароза і мальтоза мають приблизно однакову гігроскопічність, лактоза - найменш гігроскопічна. Це має негативне значення, наприклад, карамель, що містить багато редукувальних речовин, намокає у процесі зберігання, і позитивне ви­користання інвертного сиропу, фруктових та зернових сиропів за­тримує черствіння кондитерських та хлібопекарських продуктів. Неочищені цукри більш гігроскопічні. Це пояснюється тим ,що домішки перешкоджують утворенню водневих зв'язків між молекулами цукрів і ОН-групи залишаються більш доступними для зв'язування води.

Цукри зв'язують ароматичні речовини і цим самим фіксують аромати. Особливо це важливо для летких ароматичних речовин - альдегідіів, кетонів, ефірів. Дуже важливе значення це має під час сушін­ня. Вищу здатність зв'язувати ароматичні речовини мають дисахариди порівняно з моносахарами. Ще вищу здатність мають вуглеводи з біль­шою молекулярною масою, наприклад, гуміарабік. Він утворює плівку на поверхні цих речовин і перешкоджає втраті їх за рахунок окислення та випаровування. Ця властивість використовується в технології мікрокапсулювання.

У процесі неферментативного потемніння цукрів утворюються ба­гато летких ароматутворюючих речовин. Проте в залежності від умов реакції можуть утворюватись різні продукти: так, при реакції Д-глюкози з валіном при 100°С утворюється аромат житнього хліба, при 180°С -аромат шоколаду, при реакції Д -глюкози з проліном -при 100° С утво­рюється запах смаженого м'яса, а при 180°С - аромат хліба.

При одній і тій же температурі в залежності від амінокислоти, що взаємодіє з сахарами , утворюються різні продукти: при реакції Д - глю­кози з метіоніном утворюються продукти , що мають запах картоплі, з цистеїном і цистіном - запах смаженого м'яса.

Солодкість має важливе функціональне значення. Оцінюється со­лодкість по відношенню до сахарози, солодкість якої приймають за 100%. Найбільшу солодкість 170% має фруктоза. Її використання дає змогу зменшити кількість цукру у харчових продуктах. Крім того, фрукто­за засвоюється без інсуліну, тому вироби для діабетиків готують на фрук­тозі. Для створення продуктів діабетичного спрямування використовують цукрозамінники ( сорбіт, ксиліт, які є цукроспиртами), та підсолоджувачі ( сахарин, цикламати - солодкість 500 %, аспартам - солодкість 180%).

Найважливішою технологічною функцією полісахаридів у харчових продуктах є структуроутворювальна яка відіграє роль в утворенні текс­тури та забезпечує твердість, крихкість, щільність, в'язкість, гелеутворення. Ці властивості пов'язані з розчинністю полісахаридів. Всі розчинні полісахариди утворюють в'язкі розчини. В'язкість залежить від розміру, форми і заряду молекул. Чим більший розмір молекули, тим більша в'язкість роз­чину. Молекули можуть мати заряд за рахунок іонізації карбоксильних груп, присутності поліелектролітів - ефект від цього впливу на в'язкість може бути дуже великим. Усі лінійні полімери надають більшої в'язкості розчинам порівняно з розгалуженими.

В принципі, всі полісахариди можуть бути розчиненими, оскільки містять декілька функціональних груп для утворення водневих зв'язків. Але для цього треба створювати певні умови. Наприклад, молекули це­люлози нерозчинні у воді, оскільки вони мають лінійну будову і взаємо­діють між собою. Амілоза і амілопектин нерозчинні в холодній воді, а в гарячій амілоза розчиняється, а амілопектин набухає.

Різні полісахариди використовують у харчових технологіях як струк­туроутворювачі.

Целюлоза. Компонент клітинних стінок, асоціюється з різними геміцелюлозами і лігніном. В процесі дозрівання і збирання рослин від­буваються структурні зміни. Під час виготовлення харчових продуктів використовують мікрокристалічну целюлозу яка застосовується як наповнювач та структуроутворювальний компонент для виготовлення низькокалорійних продуктів , для приготування загущувачів на целюлозній основі.

Найбільш широко, як загущувач, використовуються натрієва сіль карбоксиметилцелюлози (Na - КМЦ). Її отримують шляхом обробки целюлози лугом і хлороцтовою кислотою. Вона використовується як загущувач в начинках, морозиві, фрук­товому желе, приправах, сирах, м'яких сирах, у хлібопекарських виробах затримує вологу і стримує черствіння, стримує ріст кристалів цукрів у кондитерських виробах. У напоях сприяє утриманню С0₂. Вона також є радіозахисною та комплексоутворювальною добавкою.

Шляхом алкілювання отримують інші похідні целюлози, наприклад, метилцелюлозу, яка має підвищену розчинність і добре набухає. Для неї характерними властивостями є зниження в'язкості при підвищенні тем­ператури і здатність до гелеутворення при певній температурі, (це тем­пература 50-100°С, при якій метилцелюлоза викристалізовується). Вона вико­нує функції водоутримуючого компонента), може використовуватись при виробництві продуктів з їстівними оболонками.

Крохмаль.Крохмаль здатний клейстеризуватися. У холодній воді непошкоджені крохмальні зерна нерозчинні, але можуть зв'язувати воду і частково набухати. В процесі збільшення температури руйнуються між­молекулярні зв'язки, звільняються місця зв'язування і утворюються вод­неві зв'язки. Кристалічність зерен зменшується. При подальшому нагрі­ванні в присутності великої кількості води відбувається повна втрата кристалічності, втрата обрисів крохмальних зерен, тобто відбувається клейстеризація. Температура клейстеризації залежить від розмірів зерен (великі зерна клейстеризуються при меншій температурі), від зруйно­ваності, від виду крохмалю (кукурудзяний, картопляний, пшеничний). Під час клейстеризації зі збільшенням температури в'язкість крохмальної су­спензії зростає, що пов'язано з набуханням зерен крохмалю, а потім різ­ко падає. Останнє пояснюється розривом і дезагрегацією крохмальних зерен. В'язкість крохмальних клейстерів, швидкість клейстеризації зале­жить від активності води. Присутність солей, цукрів зменшують актив­ність води і зменшують швидкість клейстеризації та обмежують її. На швидкість клейстеризації крохмалю впливають цукри, лі­піди, жирні кислоти, які зменшують швидкість набухання крохмалю, знижують в'язкість клейстерів, зменшують силу геля.

Солі у невисоких концентраціях та кислоти ( в області рН -4,7) не справляють великого впливу на набухання крохмальних зерен. Швидкість набухання зростає при рН - 10, але такого значення рН у харчових продуктах не­має. При низьких рН спостерігається частковий гідроліз крохмалю з утворенням декстринів, які не застигають. У процесі зберігання продук­тів, в яких крохмаль виконує роль загущувача, може відбуватись ретроградація крохмального гелю. Цей процес пов'язаний з частковою крис­талізацією клейстеру, зокрема амілози. Звільнення води, яке супрово­джує ретроградацію, називається синерезисом. Така ретроградація кро­хмалю спостерігається при черствінні хліба. Воно пов'язана з асоціацією амілозних молекул , при тривалому зберіганні може мати місце і асоціа­ція амілопектину. Для попередження цього процесу доцільно викорис­товувати жир, який утворює комплекси з амілозою. Для виробів, де крох­маль використовують як загущувач, слід використовувати крохмалі, які практично не містять амілози, або фосфатні поперечно зшиті крохмалі.

В якості загущувачів використовують модифіковані крохмалі: попередньо клейстеризований крохмаль, модифікований кислотою, етерифікований крохмаль, окислені крохмалі. Вони мають здатність до швидкої регідратації, нижчу швидкість і температуру клейстеризації, меншу здатність до ретроградації. Окислені крохмалі використовуються в соусах, майонезах і як структуроутворювачі у виробництві хліба - як поліпшувачі окисної дії, які впливають на клейковину і підвищують реологічні власти­вості тіста, особливо, крохмаль окислений перманганатом калія (КМп 0₄).

Геміцелюлози.Основні геміцелюлози в харчових продуктах – крилани. Геміцелюлози мають велику здатність зв'язувати воду, приймають участь у формуванні структури тіста, позитивно впливають на об'єм хлі­ба, затримують його черствіння. Як харчові волокна, вони не перетрав­люються в шлунково-кишковому тракті, покращують перистальтику, зв'язують (адсорбують) жовчні кислоти, зменшують рівень холестерину в крові.

Пектинові речовини.Пектин походить від грецького слова "пектос" -застиглий, желеподібний. В рослинній клітині пектин відіграє структуро-утворювальну роль, а також регулює водний обмін рослин. Пектин вико­ристовується як желеутворювач при виробництві кондитерських виробів, джемів, желе. Як харчові волокна, пектин має значення у фізіології лю­дини - поліпшує перистальтику. Крім того, пектин є детоксикантом: зв'язує токсичні елементи і радіонукліди і виводить їх із організму. Тому пектин широко використовують у виробництві продуктів лікувально-профілактичного призначення.

Комплексоутворювальна здатність пектинів залежить від ступеня метоксилювання : чим нижчий ступінь метоксилювання, тим краща ком­плексоутворювальна здатність. Низькометоксильовані пектини (зі сту­пенем метоксилювання менше 50%) наприклад, буряковий, яблучний ни-зькометоксильований (ступень метоксилювання 46%) є кращими дето-ксикантами.

Драглеутворювальна здатність пектинів залежить від:

1) ступеня полімеризації;

2) ступеня метоксилювання;

3)наявності ацетильних груп.

Чим більша молекулярна маса пектинів, тим краща желююча здатність

У високоетерифікованих пектинах водневі звязки не виникають, а проявляється ефект відштовхування, зумовлений близькістю метильних груп. Це приводить до збільшення розчинності. Драглеутворення високоетерифікованих пектинів може відбуватись завдяки двом факторам:

1) від додавання цукру ,який викликає дегідратацію пектинових молекул і сприяє їх з'єднанню;

2) зниження рН -середовища, що зменшує дисоціацію карбоксильних груп та електростатичне відштовхування (рН_опт -3,2). В присутності високих концентрацій цукрів та кислот, що має місце в кондитерському виробництві, найкращу здатність до драглеутворення мають високополімеризовані пектини та високоетерифіковані пектини зі ступенем етерифікації більше 50% . У цьому разі низькоетерифіковані пектини можуть утворювати гелі за відсутності цукру або при малому його вмісті, але необхідна присутність бівалентних катіонів, на­приклад, кальцію. При цьому утворюються так звані кальцієві містки, які з'єднують молекули пектину. Але небезпечним є передозування кальцію, оскільки при цьому відбувається надмірне зближення пектинових моле­кул і просторова структура не утворюється, може навіть мати місцеутворення осаду пектинату кальцію. Гелі цього типу використовують у технологіях низькоцукровмісних желе і джемів ,але ці гелі є крихкими та нееластичними.

Ацетильні групи (-СН₃-СО-) знижують драглеутворювальну здатність пектинів. Так, в цитрусовому пектині міститься 0,37 % ацетильних груп, в яблучному - 0,45 %, в буряковому - 6-13%.