Крахмал содержится во многих продуктах (мука, картофель, крупы и др.) или добавляется в рецепты блюд в качестве желирующего вещества (кисели).
В растительных клетках крахмал содержится в виде зерен. Крахмальные зерна – сложные биологические образования, состоящие из молекул полисахаридов – амилозы и амилопектина (основная масса зерна, фосфорной, кремниевой и жирных кислот).
Амилоза и амилопектин являются полимерами (от греч. «поли» - много), т. е. состоят из большого числа остатков молекул глюкозы, соединенных в цепочки.
В молекулах амилозы число таких остатков колеблется от 200–400 (низкомолекулярная амилоза) до 800–1000 (высокомолекулярная амилоза) и соединены они в почти неразветвленные цепи. В молекулах амилопектина таких остатков намного больше (600–6000), и образуют они сильноразветвленные цепи.
Внешняя часть крахмальных зерен состоит в основном из амилопектина, который образует как бы оболочку зерна, а внутренняя – из амилозы, молекулы которой расположены в определенном порядке (зачатки кристаллической структуры). Амилопектин нерастворим в воде, но при нагревании с водой набухает. Низкомолекулярная амилоза растворяется даже в холодной воде, а высокомолекулярная – только при нагревании.
При нагревании с водой крахмал клейстеризуется и взвесь его зерен превращается в вязкий клейстер. При этом амилопектин набухает, молекулы воды проникают через оболочку зерен, часть амилозы растворяется, а крахмальное зерно набухает. В первой стадии клейстеризации крахмальные зерна еще не теряют полностью своей структуры, а во второй –превращаются в пузырьки, наполненные амилозой. Первая стадия клейстеризации происходит при нагревании крахмала с малым количеством воды до температуры клейстеризации. При этом поглощается до 100 % воды от массы крахмала. Происходит это при варке рассыпчатых каш, выпечке мучных изделий. При избытке воды и дальнейшем нагревании крахмал поглощает 200–400 % воды (от своей массы), и наступает вторая стадия клейстеризации.
Для различных крахмалов интервалы температуры, при которой происходит клейстеризация, различны: для картофельного – 65–68 оС, пшеничного – 53–57 оС, кукурузного – 64–70 оС. Набухшие крахмальные зерна поглощают большое количество воды, и вязкость раствора при этом повышается, он переходит в клейстер. Клейстер, полученный при нагревании 30–50 г крахмала в 1 л воды, при охлаждении не застывает, а с содержанием крахмала 75–80 г клейстер при охлаждении образует плотный студень (гель).
Если продолжать нагревание крахмального клейстера, то наступит третья стадия клейстеризации: пузырьки, образовавшиеся из крахмальных зерен, начнут лопаться и вязкость клейстера резко снизится. Этот процесс ускоряется в присутствии кислот.
При клейстеризации происходит не только набухание крахмального зерна и разрушение его внутренней структуры, но и распад высокомолекулярной плохо растворимой амилозы, она превращается в хорошо растворимую низкомолекулярную. Поэтому, например, при варке каши возрастает количество растворимых веществ в крупе.
Картофельный крахмал образует прозрачный клейстер и студень, а кукурузный – мутный. Поэтому последний используют только при варке молочных киселей. При охлаждении крахмалосодержащих изделий происходит ретрограция их. При этом происходит перегруппировка частиц, образующих внутреннюю структуру студня, их уплотнение, в результате чего отделяется часть воды (например, при хранении киселей). Кроме того, уменьшается количество растворимых веществ за счет перехода низкомолекулярных фракций амилозы в низкомолекулярные. Это наблюдается при хранении каш и макаронных изделий и вызывает снижение их качества. При повторном нагревании блюда из круп и макаронных изделий восстанавливают свои свойства, но не в одинаковой степени: в гречневой каше и вермишели водорастворимые вещества восстанавливаются довольно полно даже после 24-часового хранения, в пшенной – на 50 %, в рисовой – на 20 %. При хранении изделий в горячем состоянии ретрограция крахмальных студней задерживается.
Деструкция происходит при сухом нагреве крахмала выше 120 оС. Она заключается в расщеплении крахмальных полисахаридов и превращении их в растворимые в воде высокомолекулярные вещества – пиродекстрины и ряд летучих веществ (пары воды, углекислый газ и др.).
При этом изменяется и цвет крахмала. Сначала (115–125 оС) он становится кремовым, а затем коричневым. Деструкция происходит в обезвоженной корочке, образующейся при жаренье картофеля и мучных изделий, при пассеровании муки.
Гидролиз заключается в распаде цепей крахмальных полисахаридов с присоединением воды. Конечным продуктом является глюкоза или мальтоза. Этот процесс происходит при нагревании крахмала с водой и кислотой (кислотный гидролиз) либо под действием ферментов – амилаз. При кислотном гидролизе – длительном кипячении кислых соусов, заваривании киселей – образуется глюкоза.
Ферментативный гидролиз происходит при изготовлении дрожжевого теста, при варке картофеля. Конечным продуктом его является мальтоза. Различают два вида амилаз: a- и b-амилазы; a-амилаза расщепляет крахмал до мальтозы, при этом образуется еще и большое количество декстринов; b-амилаза превращает крахмал в мальтозу. Амилазы при нагревании повышают свою активность, а затем при температуре 70–95 оС полностью инактивируются. В клубнях картофеля содержится b-амилаза, и при варке часть крахмала под ее влиянием гидролизуется.
Гидролиз крахмала при варке картофеля – процесс нежелательный, так как образующийся сахар переходит в отвар и теряется. При брожении теста, наоборот, образующаяся при гидролизе мальтоза необходима для развития дрожжей.
Модификация крахмала. Крахмальные полисахариды активно взаимодействуют с ионами металлов, кислотами, окислителями, что позволяет модифицировать молекулы крахмала – изменять их гидрофильность, способность к клейстеризации. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, а другие ограничивают набухание. Модифицированный крахмал используется при изготовлении желейных изделий, мучных кондитерских изделий, для кремов в качестве загустителя, соусов, мороженого и др.
Углеводы клеточных стенок.Ткани растительных продуктов состоят из клеток. Клетка окружена оболочкой, внутри которой находятся протоплазма, ядро и вакуоли, заполненные клеточным соком. Отдельные клетки соединены друг с другом срединными пластинками. Оболочку и срединные пластинки называют клеточными стенками.
Оболочка клеток состоит из клетчатки (целлюлозы), гемицеллюлозы (полуклетчатки) и других веществ. Срединные пластинки состоят главным образом из нерастворимого вещества – протопектина. Он не относится к углеводам, но близок к ним по своему строению. Это сложное вещество, в основе молекул которого лежат остатки галактуроновых кислот. Наконец, несколько остатков полигалактуроновых кислот соединяются вместе, образуя сложную молекулу протопектина. Связь между цепочками полигалактуроновых кислот осуществляется через солевые мостики, ангидридные группы и т. д., но основную роль играют солевые мостики, образованные двухвалентными ионами магния и кальция.
Эти прослойки протопектина (срединные пластинки) и придают механическую прочность растительным тканям, как бы цементируя отдельные клетки. При нагревании происходит ионно–обменная реакция в срединных пластинках: ионы кальция и магния заменяются одновалентными ионами натрия и калия. Естественно, при этом нарушается связь между клетками, так как протопектин распадается на отдельные цепи галактуроновых кислот, которые носят название пектинов и хорошо растворяются в горячей воде.
Однако эта реакция обратима, и ионы кальция и магния вновь могут вытеснить одновалентные ионы натрия и калия. Размягчения овощей при этом не произойдет. Реакция будет идти в правую сторону только в том случае, если освобождающиеся ионы кальция будут связываться и освобождаться. В растительных продуктах содержатся органические кислоты и пектин, которые освобождают кальций. При тепловой обработке белки цитоплазмы коагулируют, белковый золь превращается в хлопья, и органические кислоты могут свободно диффундировать в клетки через проницаемую клеточную оболочку к средним пластинкам. Клетки при этом остаются целыми. Однако при остывании клеточные стенки становятся более хрупкими и при механическом воздействии разрушаются. Благодаря этому происходит размягчение овощей и круп при тепловой обработке. На скорость их размягчения влияют жесткость воды, температура, реакция среды и свойства продуктов. В жесткой воде содержатся соли кальция и магния, поэтому овощи развариваются медленно. В разных продуктах скорость распада протопектина неодинакова. Присутствие кислот замедляет размягчение некоторых продуктов, кроме варки картофеля со щавелевой кислотой. При сравнении содержания органических кислот в картофеле и свекле оказалось, что сок свеклы содержит почти вдвое меньше органических кислот, которые обладают Са – осадительной способностью, особенно щавелевой кислоты, это и влияет в основном на срок варки свеклы.
4.5. Изменение цвета продуктов
В процессе кулинарной обработки продукты часто изменяют первоначальный цвет, образуются новые окрашенные вещества или изменяются природные красители.
В картофеле, артишоках, яблоках, грушах, многих грибах (шампиньонах, подосиновиках и др.) содержатся вещества фенольного характера. К ним относятся аминокислота картофеля – тирозин, дубильные вещества яблок, груш и др. Под действием фермента полифенолоксидазы эти вещества окисляются, в результате чего получаются темноокрашенные продукты. Дубильные вещества яблок и груш содержат катехины. В результате взаимодействия редуцирующих сахаров с азотсодержащими веществами (мочевиной, аминокислотой, аминами и т. д.) образуются темноокрашенные вещества – меланоидины. Цвет их обычно от светло-желтого до темно-коричневого. Меланоидины образуются в пенке на поверхности молока (за счет лактозы и мочевины), в корочке, получающейся на поверхности животных и растительных продуктов (за счет аминокислот и сахаров), в мясных бульонах, грибах при их сушке, при длительном уваривании сахаров с плодами и ягодами (варенье, фруктовое пюре, печеные яблоки и т. д.).
Взаимодействие дубильных веществ с железом
Дубильные вещества при взаимодействии с железом образуют темно-окрашенные вещества. Этим объясняется темная окраска, появляющаяся в процессе тепловой обработки при соприкосновении железа с яблоками, гречневой кашей, потемнение чая при его заварке в железной посуде и т. д.
Образование сернистого железа
При варке яиц (особенно белка) выделяется сероводород за счет отщепления его серосодержащими протеинами (белками). С солями железа, входящими в состав желтка, сероводород образует темноокрашенное сернистое железо. Если сразу после варки яйцо опустить в холодную воду, под скорлупой понижается давление воздуха, сероводород диффундирует к поверхности и желток темнеет меньше.