Основы пищевой химии

Понятие «кондитерские изделия» охватывает различные по ви­ду продукты. Всем им присущ сладкий вкус. По общим представ­лениям, к кондитерским товарам относятся изделия из сахара и из какао, а также мучные кондитерские изделия и мороженое. Все они считаются пищевыми продуктами, т. е. веществами, ко­торые в обработанном и приготовленном виде служат пищей для человеческого организма, в иных случаях и предотвращают за­болевания.
  Пищевые продукты дают организму необходимые веще­ства для его строения и энергию. Речь идет в основном о кало­рийных продуктах, которые дополняются минеральными вещест­вами, белками и витаминами.
  Вкусовые вещества, наоборот, мало калорийны, но их составные элементы действуют возбуждающим образом на нервную систему.
    Принадлежность изделий из сахара к пищевым или вкусовым продуктам определяется на основании их состава и калорийно­сти. По их составу эти изделия следует отнести к пищевым про­дуктам. Небольшие добавки ароматических и вкусовых компо­нентов, а также окраска не меняют положения. Вопрос о том, куда отнести какаоизделия, можно решить следующим образом. Вследствие большого содержания жира и сахара какаоизделия очень калорийны, и поэтому их можно было бы считать пищевым продуктом. Однако, так как в их состав входят пуриновые осно­вания (теобромин и кофеин), которые действуют на нервную си­стему, их надо отнести к вкусовым веществам. Из приведенных примеров видно, что с точки зрения пищевой химии и физико-хи­мических свойств невозможно провести резкую грань между вкусовыми и пищевыми продуктами, а, следовательно, нельзя вы­делить какаоизделия в особую группу. Все же пищевая химия склонна относить какаоизделия к продуктам питания, но при этом необходимо считаться с мнением потребителя, который свя­зывает решение этого вопроса со стоимостью продукта. При срав­нительно низких ценах он относит какаоизделия к пищевым про­дуктам, а при высоких — к вкусовым.
ОСНОВЫ ПИЩЕВОЙ ХИМИИ
Пищевая химия — наука о вкусовых и пищевых веществах — самая молодая в естествознании. Она занимается исследованием свойств, состава и изменений при различных условиях, а также анализом пищевых продуктов. Результаты исследований приоб­ретают все большее значение для современной пищевой техно­логии.
   В области химии технология производства шоколада еще пол­ностью не изучена, однако уже получено много данных, ценных для специалистов. В качестве примера следует упомянуть о хи­мии углеводов, белков и жиров. Основательное изучение этой области пищевой химии бесспорно дает ценные указания для производства высококачественных продуктов.
УГЛЕВОДЫ
Химическая структура углеводов, из которых наибольшее зна­чение имеют моно- и дисахариды, примерно одинакова. Их объ­единяет целый ряд общих физических и химических свойств. Из самого названия видно, что их основу составляют углерод, во­дород и кислород в соотношении 1 :2 : 1. С химической точки зре­ния углеводы можно рассматривать как производные поли- или многоатомных спиртов, т. е. как полиоксиальдегиды или полиоксикетоны. Они являются самым распространенным строительным и резервным веществом и источником энергии в живой природе.
Моносахариды являются простыми сахарами. Они имеют ти­пичную основную молекулу, характерную только для углеводов с суммарной формулой СпН2пОп23.2
Важнейшие из них — сахара с 5—6 атомами кислорода, т. е. пентозы и гексозы. В этом разделе будет идти речь только о гек­созах: глюкозе и фруктозе, как о важнейших представителях.
Кроме того, будут упомянуты галактоза — основа лактозы (мо­лочного сахара) —и некоторые другие моносахариды, имеющие значение для шоколадного производства.
Глюкоза (виноградный сахар, или декстроза)—основа многих углеводов — относится к моносахаридам и очень распространена в природе.
Присутствие глюкозы в виде моносахаридов в отдельных про­дуктах весьма незначительно; кроме того, она трудно выделяет­ся, поэтому получение глюкозы непосредственно из продуктов, содержащих ее, не имеет промышленного значения.
Глюкозу в промышленности получают из крахмала путем хи­мической обработки.
Химически чистая глюкоза С6Н12О6 представляет собой бес­цветный со сладким вкусом порошок, который не растворяется в эфире, плохо растворяется в этиловом спирте, но хорошо раст­воряется в воде. Растворы глюкозы вращают плоскость поляри­зованного света вправо. Это свойство позволяет произвести сравнительно простое определение содержания глюкозы с помо­щью поляриметра. Удельный угол вращения (α) 20D составляет для водных растворов +52,5° и согласно литературным данным за­висит от концентрации.
Под удельным углом вращения [α]20D понимают угол, на который поворачивается плоскость поляризованного све­та при прохождении через слой раствора длиной 10 см, содержа­щий 1 г оптически активного вещества на 1 мл раствора.
Сорбит. Путем гидролиза с помощью катализатора, присое­диняя водород, получают из глюкозы шестиатомный спирт — сорбит, представляющий интерес для кондитерской промыш­ленности.
Сорбит находит применение в кондитерской промышленно­сти вместо сахарозы как сладкое вещество для диабетиков. Кро­ме того, сорбит рекомендуется как освежающее вещество.
Фруктоза (фруктовый сахар, или левулеза) встречается в природе как моносахарид или как основа различных олиго- и по­лисахаридов. В чистом виде фруктоза — бесцветный порошок, на­много слаще глюкозы. Фруктоза имеет такую же растворимость,
как и глюкоза, но растворы фруктозы вращают плоскость поля­ризованного света влево. Удельный угол вращения [а]р° для вод­ных растворов равен —92°. Фруктоза весьма гигроскопична.
Галактоза (солодовый сахар) редко встречается в приро­де как моносахарид и является основой различных соединений. Самые известные из них — лактоза (молочный сахар) и полиса­харид гуммиарабик.
С о р б о з а. Кроме приведенных выше моносахаридов, следует упомянуть сорбозу — ценный промежуточный продукт при син­тезе витамина С, который в последнее время вызывает интерес как сладкое вещество для диабетических изделий. Исходным про­дуктом для получения сорбозы является глюкоза.
Путем гидролиза в присутствии катализатора глюкозу пере­водят в сорбит, который микробиологическим путем, под воздей­ствием Bacterium xylinum, окисляют в сорбозу. Из сорбозы окислением и удалением воды получают аскорбиновую кислоту или витамин С.23.3
Сорбит, сорбоза и витамин С в чистом виде представляют со­бой бесцветный порошок. Витамин С, называемый также аскор­биновой кислотой, имеет кислый вкус. Сорбит и сорбоза имеют ярко выраженный сладкий вкус.
Дисахариды, или двойные моносахариды, имеют двойную группу обычных углеводов; их формула С12Н22О т. Они получают­ся при соединении двух моносахаридов с отщеплением одной мо­лекулы воды.
Наиболее распространены и важны для пищевой промышлен­ности следующие дисахариды: сахароза, лактоза и мальтоза.
Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) состоит из молекулы глюкозы и фруктозы. В свекле, сахарном тростнике и почти во всех сладких фруктах содержится сахароза.
В промышленности сахароза получается из свеклы и тростни­ка. Химически чистая сахароза — бесцветное, кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и почти нерастворимое в этиловом спирте.
Растворы сахарозы вращают плоскость поляризованного све­та вправо. Удельный угол вращения (α) 20D составляет +66,37°.
Сахароза в присутствии кислоты присоединяет воду и расще­пляется на глюкозу и фруктозу.23.5
Скорость инверсии (так называется эта реакция) зависит от концентрации кислоты и температуры. Чем больше концентрация и выше температура, тем быстрее идет расщепление сахарозы.
Инвертный сахар представляет собой смесь равных ча­стей глюкозы и фруктозы. Инвертный сахар вращает плоскость поляризованного света влево (α) 20D = —20,5°.
Лактоза, или молочный сахар, представляет собой углевод, встречающийся в молоке. Лактоза состоит из молекулы галакто­зы и глюкозы. У лактозы менее интенсивный сладкий вкус, чем у сахарозы. Химически чистая лактоза — бесцветный порошок. Растворы лактозы вращают плоскость поляризованного света вправо.23.6
Мальтоза, или солодовый сахар, встречается в солоде или в созревшем зерне и в соответствии с этим в солодовом экстракте.
Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы, соединенных между собой а-глюкозидной связью.23.7
Полисахариды. К группе полисахаридов и им подобных отно­сится большое количество соединений, встречающихся в природе, в том числе вещества, имеющие значение в кондитерской про­мышленности, такие, как крахмал и продукты его разложения, гуммиарабик, агар-агар и пектин.
Крахмал является резервным углеводородом и очень рас­пространен в растительном мире. В химически чистом виде это бесцветный, безвкусный порошок. Он содержит около 2000 моле­кул глюкозы и состоит из двух фракций, имеющих различные свойства: амилозы и амилопектина. Соотношение обоих компо­нентов зависит от вида крахмала.
Декстрин. Под воздействием кислот при высокой темпера­туре и под давлением или под воздействием ферментов крахмал распадается на несколько промежуточных к глюкозе ступеней. Эту реакцию можно оборвать на любой стадии. Таким способом получают важные для кондитерской промышленности производ­ные крахмала с различным содержанием редуцирующих ве­ществ. Кроме основного вещества глюкозы, в крахмале содер­жатся еще мальтоза и декстрины. Они представляют собой смесь полисахаридов с различной длиной цепи. В химически чистом ви­де декстрин — бесцветный порошок со способностью вращать плоскость поляризованного света вправо.
Гуммиарабик, агар-агар, пектин. Галактоза явля­ется основным веществом гуммиарабика и агар-агара.
Пектин относится к полисахаридоподобным веществам. Ос­новное вещество пектина — галактуроновая кислота — продукт окисления галактозы.23.8
Гуммиарабик, агар-агар и пектин применяются в кондитерс­кой промышленности как желирующие и студнеобразующие ве­щества.
БЕЛКИ
Различают простые и сложные белковые вещества, протеины и протеиды. Речь идет об азотсодержащих сложных продуктах, являющихся основой всего живого. Строение их еще недостаточно изучено.
Аминокислоты. Основой белковых веществ служат аминокис­лоты. Из них изучена структура только 30, которые удалось опре­делить и получить 'В чистом виде.
Белковые вещества получаются путем соединения большого числа различных аминокислот. Каждая молекула белка содержит тысячи аминокислот.23.9
Протеины, или простые белковые вещества, по своим свойст­вам делятся на несколько групп — гистоны, альбумины, глобули­ны, протамины, глобины, глиадины и глютелины.
Протеиды по своему составу разделяются на металлпротеи- ды, нуклеопротеиды глюкопротеиды, фосфоропротеиды.
Протеины и протеиды имеют много общих свойств. Так, при подогревании до 60° С они не восстанавливаются, т. е. денатури­руются. При сильном нагревании в сухом состоянии они облада­ют своеобразным специфическим запахом (паленых волос). Их можно определить при помощи химических реакций. Они играют большую роль во всех жизненных процессах.
ЖИРЫ И ЖИРОПОДОБНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Липиды. Жиры, называемые также липидами, являются сое­динением трехатомных глицериновых спиртов с различными али­фатическими монокарбоновыми кислотами, так называемыми жирными кислотами.
Химически их можно рассматривать как эфиры глицерина и жирных кислот. Самые известные жирные кислоты — олеиновая, пальмитиновая, стеариновая и масляная.23.1023.11
Кроме того, большую роль играют изомасляные кислоты, оп­ределяющие твердость жира.
При соединении одной, двух, трех жирных кислот с одной мо­лекулой глицерина получаются моно- ди- и триглицериды. При этой реакции на каждую жирную кислоту теряется одна моле­кула воды.23.12
Под микробиологическим и кислотным воздействием, а также под действием воды при высокой температуре жиры расщепляют­ся. Это гидролитическое расщепление называют омылением. Выделяющиеся жирные кислоты оказывают воздействие на орга­нолептические свойства жиров и жирсодержащих изделий.
Основными показателями жиров, используемыми в пищевой промышленности, служат точка просветления и точка плавления.
Точка плавления и точка просветления. Для определения точки просветления и точки плавления небольшое количество жира помещают в открытый с обеих сторон капилляр. Полученный таким образом столбик жира в капилляре длиной не более 1—2 см окунают в воду так, чтобы верхняя часть капил­ляра была выше зеркала воды. При медленном нагревании и определенной температуре столбик жира под действием воды поднимается вверх по капилляру. Температура, при которой на­чинается подъем, называется точкой плавления, при даль­нейшем нагревании жир начинает плавиться. Температура, при которой жир становится светлым и прозрачным, называется точкой просветления.
Значительно труднее дать определение других показателей жирных кислот (например, пенетрация, кислотное число, число омыления, йодное число и число изомасляной кислоты).
Липоиды. Жироподобные вещества, или липоиды, относятся к различным классам химических соединений. Следует особо упо­мянуть лецитин. В основе лецитина лежит глицерин, жирные кис­лоты, фосфорная кислота и холин.23.13
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Для питания человека недостаточно одних химически чи­стых углеводов, белков и жиров. Это привело бы к смерти. Человеческому организму требуются некоторые дополнительные вещества. Прежде всего вода, минеральные вещества, гормоны и витамины.
Минеральные вещества являются основой для строения ко­стей, зубов и всего человеческого скелета. Кроме того, многие из них, встречающиеся в малом количестве (в виде следов), играют чрезвычайно большую роль в жизнедеятельности человеческого организма. Они лежат в основе гормонов и ферментов, и их уча­стие в процессе дыхания и пищеварения очень велико.
Гормоны и ферменты—органические соединения, имеющие сложное строение. Химический состав их и структура мало изуче­ны. Гормоны оказывают регулирующее влияние на функции ор­ганизма. Ферменты, или энзимы, необходимы для распада пище­вых продуктов, получения энергии и строения частиц тела.
Витамины — вещества, имеюшие большое физиологическое значение. Человек получает их из пищи. Так как организм чело­века не в состоянии вырабатывать их сам, он использует их в различных пищевых соединениях.
Витамины обозначаются просто — буквами алфавита. Часто их название соответствует их физиологическому значению. Очень редко находят применение чисто химические обозначения.
В зависимости от их растворимости витамины разделяют на две группы. Витамины А, В, Е и К относятся к жирорастворимым; витамины группы В и витамин С — к группе водорастворимых.
Витамин А является эпителийзащитным витамином. Отсут­ствие его ведет к нарушениям зрения, заболеванию слизистой оболочки. Витамин А встречается в печени и в пищевом тракте и как провитамин (каротин) содержится в молоке, масле, морко­ви и различных овощах.
Важнейшими витаминами группы В являются витами­ны В1 и В2. При отсутствии витамина В1 происходит заболевание нервной и сердечно-сосудистой системы, а также нарушение об­мена веществ. Недостаток витамина В2 вызывает изменения в кожных и слизистых клетках, замедляет рост.
Витамины В-группы имеются в молоке, мясе, яйцах, орехах, зерновых культурах и овощах.
ВитаминС (аскорбиновая кислота, или противоцинготный) предупреждает различные заболевания. Важнейший источник ви­тамина С — картофель, встречается во фруктах и овощах.
Витамин О, или противорахитный »витамин, регулирует об­мен кальция и извести. Введением богатых витамином О продук­тов (печенка, желток, масло, молоко) удается победить многие заболевания. Если организм долгое время не получает витамина О, то это вызывает заболевание рахитом.
Витамин Е находится главным образом в зародыше пше­ницы и в масле.
Витамин К содержится в капусте, шпинате, цветной капу­сте. Оба витамина играют большую роль в гормональной' дея­тельности организма.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ КОНДИТЕРСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Многие понятия, ставшие обычными в технике, часто применя­ются специалистами на практике без знания их физического смысла. Измерение температуры и определение плотности, сме­шивание и растворение веществ, плавление и кристаллизация — многократно повторяющиеся на практике рабочие процессы, пра­вильное проведение которых имеет большое значение для качест­ва готовых изделий.
Температура. Регулирование и измерение температуры при­надлежат к важнейшим операциям любого технологического про­цесса. Точное соблюдение температурного режима имеет большое значение, например, при варке карамельного сиропа, для получе­ния желаемой консистенции карамели — твердой или мягкой, помадки, крема. В производстве изделий с ликерной начинкой имеет большое значение соблюдение степени нагревания сахар­ного сиропа, для получения тонкой, хрустящей оболочки.
Сушка и обжарка, вальцевание и конширование требуют оп­ределенной степени нагревания.
Точное соблюдение температурного режима — залог получе­ния шоколода и глазури с хорошим блеском.
Для измерения температуры в кондитерской промышленности применяют шкалы Цельсия и Реомюра.
Другие термометры (шкала Фаренгейта и абсолютная термо­динамическая шкала Кельвина) практически не находят приме­нения в кондитерской промышленности.
Температуры плавления льда и кипения воды по разным шка­лам представлены в табл. 1.
Таблица 1
Измерение температуры по разным шкалам
Шкала

Точка плавления льда

Точка кипения воды

Кельвина (°Ю  

273

373

Цельсия (°С)   

0

100

Реомюра (°Н)  

0

80

Фаренгейта (°Р)          

32

212

23.14
В кондитерской промышленности плотность служит показа­телем концентрации сахарного раствора и измеряется ареомет­ром.
Для определения плотности применяют шкалу Боме.
Смеси. Наряду с быстрыми и простыми измерениями плотно­сти и температуры, важными для приготовления кондитерских изделий, являются длительные и трудоемкие процессы смешива­ния и растворения. Если смешиваемые вещества не изменяют при этом своих химических свойств, то получается смесь, в которой каждый компонент теряет только свои физические свойства. К ним относятся, например, смесь крупки какао с мельчайшими частицами какавеллы, овсяное какао (овсяная мука + порошок какао) и смеси, содержащие порошок какао, сухое цельное моло­ко и сахар, а также кувертюры (глазури) и шоколадная масса.
Растворы. Если смешать твердые вещества с жидкостью, по­лучаются растворы. При этом может произойти полное распре­деление твердого вещества в жидкости: раствор станет совершен­но прозрачным, а растворенное вещество нельзя определить даже под микроскопом; твердое вещество распределяется в жидкости в виде молекул, и такой, раствор называется молекулярно­дисперсным, или истинным,.
Если, однако, растворимое вещество распределяется в жидко­сти большими группами, чем молекула, но невидимыми невоору­женным глазом, то речь идет о коллоидных растворах. Если при длительном воздействии жидкой фазы не происходит растворения, а вещество распределяется только при механичес­ком воздействии, то полученная система называется суспен­зией.
Сахар и соль в воде дают истинный раствор; растворимые в воде белки — коллоидный раствор, а крахмал в холодной во­де — суспензия.
Растворимость. Свойство вещества, заключающееся в способ­ности растворяться в жидкости, называется растворимо­стью. Растворимость зависит от многих условий, в особенности от температуры. В большинстве случаев в горячей жидкости ра­створяется больше веществ, чем в холодной. Например: в воде при 0° С растворяется 179 г сахарозы на 100 г воды; при 100° С — 487 г. Если температуру понизить на несколько градусов, то про­исходит кристаллизация сахарозы из ставшего перенасыщенным раствора.
Кристаллизация. Кристаллизация раствора или расплава имеет большое значение в кондитерской промышленности. Крис­таллизация зависит от температуры, а также от сопровождаю­щих веществ. При медленном охлаждении получается меньше кристаллов, но они крупнее и более правильной формы, чем при быстром снижении температуры. При этом некоторые вещества в различных пределах температуры образуют разные формы кри­сталлов, что имеет большое значение в кондитерской промышлен­ности. Так, при приготовлении изделий с ликерными начинками, предназначенных для длительного хранения, чтобы получилась хорошая кристаллическая оболочка, необходимо сравнительно медленное охлаждение сахарного раствора. Если охлаждение происходит очень быстро (холодный формовочный материал), то возникает много маленьких плохо связанных между собой кри­сталлов, что вызывает разрушение оболочки и вытекание ликер­ной начинки. При сбивании помады необходимо быстрое охлаж­дение сахарного сиропа для получения мелких кристаллов, неощущаемых на языке, Это достигается интенсивным охлажде­нием, перемешиванием и сбиванием в помадосбивальной машине.
Установлено, что перепад температур имеет основное значе­ние, а число оборотов лопастей мешалки — второстепенное.
Масло какао в различных пределах температуры образует кристаллы различной формы. Такое свойство называется поли­морфизмом. Это наблюдается как в чистом масле какао, так и в шоколадной массе и глазури.
Целенаправленное темперирование этих изделий перед фор­мованием и глазированием вызывает образование кристаллов стабильной β-формы. При нормальной температуре они постоян­ны, т. е. не превращаются в кристаллы другой формы. Таким образом, при одинаковых условиях внешней среды удается предотвратить появление кристаллов, вызывающих поседение шоколада. Серый налет на шоколаде или поседение возникает в результате перекристализациимасла какао в масс, аобразующиеся  при этомновые кристалы выступают на поверхность изделия.
Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Другие материалы в этой категории: « Приготовление мучных изделий

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы