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 СпН2пОп
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 |
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.
Ich danke ihnen für diesen interessanten und informativen Beitrag über die Grundlagen der Lebensmittelchemie. Meine Tochter ist Laborantin und erzählt mir jeden Tag aufs Neue wie gerne sie doch Lebensmittelchemie studieren wollen würde. Leider weiß ich nicht viel drüber, weswegen ich mir ein wenig Wissen aneignen wollte und auf ihren Beitrag gestoßen bin. Die vielen verschiedenen Vitamine und ihre Eigenschaften waren sehr interessant zu lesen.