Основи харчової хімії

Поняття «кондитерські вироби» охоплює різні по виду продукти. Всім їм притаманний солодкий смак. За загальним уявленням, до кондитерських товарів відносяться вироби з цукру і з какао, а також борошняні кондитерські вироби і морозиво. Всі вони вважаються харчовими продуктами, т. Е. Речовинами, які в обробленому і приготованому вигляді служать їжею для людського організму, в інших випадках і запобігають захворюванням.
Харчові продукти дають організму необхідні речовини для його будови і енергію. Йдеться в основному про калорійні продукти, які доповнюються мінеральними речовинами, білками і вітамінами.
Смакові речовини, навпаки, мало калорійні, але їх складові елементи діють збудливим чином на нервову систему.
Належність виробів з цукру до харчових або смаковими продуктам визначається на підставі їх складу і калорійності. За їх складу ці вироби слід віднести до харчових продуктів. Невеликі добавки ароматичних і смакових компонентів, а також забарвлення не змінюють положення. Питання про те, куди віднести какаоізделія, можна вирішити наступним чином. Внаслідок великого вмісту жиру і цукру какаоізделія дуже калорійні, і тому їх можна було б вважати харчовим продуктом. Однак, так як в їх склад входять пуринові основи (теобромін і кофеїн), які діють на нервову систему, їх треба віднести до смакових речовин. З наведених прикладів видно, що з точки зору харчової хімії і фізико-хімічних властивостей неможливо провести різку грань між смаковими і харчовими продуктами, а, отже, не можна виділити какаоізделія в особливу групу. Все ж харчова хімія схильна відносити какаоізделія до продуктів харчування, але при цьому необхідно зважати на думку споживача, який пов'язує вирішення цього питання з вартістю продукту. При порівняно низьких цінах він відносить какаоізделія до харчових продуктів, а при високих - до смакових.
ОСНОВИ ХАРЧОВОЇ ХІМІЇ
Харчова хімія - наука про смакові і харчових речовинах - наймолодша в природознавстві. Вона займається дослідженням властивостей, складу і змін при різних умовах, а також аналізом харчових продуктів. Результати досліджень набувають все більшого значення для сучасної харчової технології.
В області хімії технологія виробництва шоколаду ще повністю не вивчена, однак вже отримано багато даних, цінних для фахівців. Як приклад слід згадати про хімії вуглеводів, білків і жирів. Ґрунтовне вивчення цієї галузі харчової хімії безперечно дає цінні вказівки для виробництва високоякісних продуктів.
ВУГЛЕВОДИ
Хімічна структура вуглеводів, з яких найбільше значення мають моно- і дисахариди, приблизно однакова. Їх об'єднує цілий ряд загальних фізичних і хімічних властивостей. Із самої назви видно, що їх основу складають вуглець, водень і кисень в співвідношенні 1: 2: 1. З хімічної точки зору вуглеводи можна розглядати як похідні полі- або багатоатомних спиртів, т. Е. Як поліоксіальдегіди або поліоксікетони. Вони є найпоширенішим будівельним і резервним речовиною і джерелом енергії в живій природі.
моносахариди є простими цукрами. Вони мають типову основну молекулу, характерну тільки для вуглеводів з сумарною формулою СпН2пОп23.2
Найважливіші з них - цукру з 5-6 атомами кисню, т. Е. Пентози і гексози. У цьому розділі йтиметься тільки про гексозо: глюкози і фруктози, як про найважливіші представників.
Крім того, будуть згадані галактоза - основа лактози (молочного цукру) -і деякі інші моносахариди, що мають значення для шоколадного виробництва.
глюкоза (Виноградний цукор, або глюкоза)основа багатьох вуглеводів - відноситься до моносахаридам і дуже поширена в природі.
Присутність глюкози у вигляді моносахаридів в окремих продуктах досить незначно; крім того, вона важко виділяється, тому отримання глюкози безпосередньо з продуктів, що містять її, не має промислового значення.
Глюкозу в промисловості отримують з крохмалю шляхом хімічної обробки.
Хімічно чиста глюкоза З6Н12О6 являє собою безбарвний із солодким смаком порошок, який не розчиняється в ефірі, погано розчиняється в етиловому спирті, але добре розчиняється в воді. Розчини глюкози обертають площину поляризованого світла вправо. Це властивість дозволяє зробити порівняно просте визначення вмісту глюкози за допомогою поляриметра. Питома кут обертання (α) 20D становить для водних розчинів + 52,5 ° і згідно з літературними даними залежить від концентрації.
Під питомою кутом обертання [α]20D розуміють кут, на який повертається площина поляризованого світла при проходженні через шар розчину довжиною 10 см, що містить 1 г оптично активної речовини на 1 мл розчину.
Сорбіт. Шляхом гідролізу за допомогою каталізатора, приєднуючи водень, отримують з глюкози шестиатомний спирт - сорбіт, який представляє інтерес для кондитерської промисловості.
Сорбіт застосовується в кондитерській промисловості замість сахарози як солодка речовина для діабетиків. Крім того, сорбіт рекомендується як освіжаючий речовина.
фруктоза (Фруктовий цукор, або левулеза) зустрічається в природі як моносахарид або як основа різних олиго- і полісахаридів. У чистому вигляді фруктоза - безбарвний порошок, набагато солодша за глюкозу. Фруктоза має таку ж розчинність,
як і глюкоза, але розчини фруктози обертають площину поляризованого світла вліво. Питома кут обертання [а] р ° для водних розчинів дорівнює -92 °. Фруктоза вельми гігроскопічна.
галактоза (Солодовий цукор) рідко зустрічається в природі як моносахарид і є основою різних з'єднань. Найвідоміші з них - лактоза (молочний цукор) і полісахарид гуміарабік.
З о р б о з а. Крім наведених вище моносахаридів, слід згадати сорбозу - цінний проміжний продукт при синтезі вітаміну С, який останнім часом викликає інтерес як солодка речовина для діабетичних виробів. Вихідним продуктом для одержання сорбози є глюкоза.
Шляхом гідролізу в присутності каталізатора глюкозу переводять в сорбіт, який мікробіологічними шляхом, під впливом Bacterium xylinum, окислюють в сорбозу. З сорбози окисленням і видаленням води отримують аскорбінову кислоту або вітамін С.23.3
Сорбіт, сорбоза і вітамін С в чистому вигляді є безбарвний порошок. Вітамін С, званий також аскорбінової кислотою, має кислий смак. Сорбіт і сорбоза мають яскраво виражений солодкий смак.
Дисахариди, або подвійні моносахариди, мають подвійну групу простих вуглеводів; їх формула С12Н22О т. Вони виходять при з'єднанні двох моносахаридів з відщепленням однієї молекули води.
Найбільш поширені і важливі для харчової промисловості наступні дисахариди: сахароза, лактоза і мальтоза.
сахарози (Тростинний, буряковий цукор) складається з молекули глюкози і фруктози. У буряках, цукровій тростині і майже у всіх солодких фруктах міститься сахароза.
У промисловості сахароза виходить з буряка і тростини. Хімічно чиста сахароза - безбарвне, кристалічна речовина, добре розчинна у воді і майже нерозчинний в етиловому спирті.
Розчини сахарози обертають площину поляризованого світла вправо. Питома кут обертання (А) 20D становить + 66,37 °.
Сахароза в присутності кислоти приєднує воду і розщеплюється на глюкозу і фруктозу.23.5
Швидкість інверсії (так називається ця реакція) залежить від концентрації кислоти і температури. Чим більше концентрація і вище температура, тим швидше йде розщеплення сахарози.
Інвертний цукор являє собою суміш рівних частин глюкози і фруктози. Інвертний цукор обертає площину поляризованого світла вліво (А) 20D = -20,5 °.
лактоза, Або молочний цукор, являє собою вуглевод, що зустрічається в молоці. Лактоза складається з молекули галактози і глюкози. У лактози менш інтенсивний солодкий смак, ніж у сахарози. Хімічно чиста лактоза - безбарвний порошок. Розчини лактози обертають площину поляризованого світла вправо.23.6
Мальтоза, або солодовий цукор, зустрічається в солоді або в дозрілому зерні і відповідно до цього в солодовому екстракті.
Мальтоза складається з двох молекул глюкози, з'єднаних між собою а-глюкозидной зв'язком.23.7
Polisaharidи. До групи полісахаридів і їм подібних відноситься велика кількість з'єднань, що зустрічаються в природі, в тому числі речовини, що мають значення в кондитерській промисловості, такі, як крохмаль і продукти його розкладання, гуміарабік, агар-агар і пектин.
Крохмаль є резервним вуглеводнем і дуже поширений в рослинному світі. У хімічно чистому вигляді це безбарвний, позбавлений смаку порошок. Він містить близько 2000 молекул глюкози і складається з двох фракцій, які мають різні властивості: амілози і амілопектину. Співвідношення обох компонентів залежить від виду крохмалю.
Декстрин. Під впливом кислот при високій температурі і під тиском або під впливом ферментів крохмаль розпадається на кілька проміжних до глюкози ступенів. Цю реакцію можна обірвати на будь-якій стадії. Таким способом одержують важливі для кондитерської промисловості похідні крохмалю з різним вмістом редукуючих речовин. Крім основної речовини глюкози, в крохмалі містяться ще мальтоза і декстрини. Вони являють собою суміш полісахаридів з різною довжиною ланцюга. У хімічно чистому вигляді декстрин - безбарвний порошок зі здатністю обертати площину поляризованого світла вправо.
Gummiarabik, агар-агар, пектин. Галактоза є основною речовиною гуммиарабика і агар-агар.
Пектин відноситься до полісахарідоподобним речовин. Основна речовина пектину - галактуроновая кислота - продукт окислення галактози.23.8
Гуміарабік, агар-агар і пектин застосовуються в кондитерській промисловості як желирующие і студнеобразующие речовини.
БІЛКИ
Розрізняють прості і складні білкові речовини, протеїни і протеїди. Йдеться про азотовмісних складних продуктах, які є основою всього живого. Будова їх ще недостатньо вивчено.
Амінокислоти. Основою білкових речовин служать амінокислоти. З них вивчено структуру тільки 30, які вдалося визначити і отримати 'В чистому вигляді.
Білкові речовини виходять шляхом з'єднання великого числа різних амінокислот. Кожна молекула білка містить тисячі амінокислот.23.9
Протеїни, або прості білкові речовини, за своїми властивостями діляться на кілька груп - гістони, альбуміни, глобуліни, протаміни, Глобине, Гліадин і глютеліни.
Протеїди за своїм складом поділяються на металлпротеі- ди, нуклеопротеїни глюкопротеіди, фосфоропротеидов.
Протеїни і протеїди мають багато спільних властивостей. Так, при підігріванні до 60 ° С вони не відновлюються, т. Е. Денатурируются. При сильному нагріванні в сухому стані вони володіють своєрідним специфічним запахом (паленого волосся). Їх можна визначити за допомогою хімічних реакцій. Вони відіграють велику роль у всіх життєвих процесах.
Жири та жироподібні речовини
Ліпіди. Жири, звані також ліпідами, є з'єднанням трьохатомних гліцеринових спиртів з різними алифатическими монокарбоновими кислотами, так званими жирними кислотами.
Хімічно їх можна розглядати як ефіри гліцерину і жирних кислот. Найвідоміші жирні кислоти - олеїнова, пальмітинова, стеаринова і масляна.23.1023.11
Крім того, велику роль відіграють ізомасляной кислоти, що визначають твердість жиру.
При з'єднанні однієї, двох, трьох жирних кислот з одного молекулою гліцерину виходять моно- ди- і тригліцериди. При цій реакції на кожну жирну кислоту втрачається одна молекула води.23.12
Під мікробіологічними та кислотним впливом, а також під дією води при високій температурі жири розщеплюються. Це гідролітичні розщеплення називають омиленням. Виділяються жирні кислоти впливають на органолептичні властивості жирів і жірсодержащіх виробів.
Основними показниками жирів, використовуваними в харчовій промисловості, служать точка просвітління і точка плавлення.
Точка плавлення і точка просвітління. Для визначення точки просвітлення і точки плавлення невелику кількість жиру поміщають у відкритий з обох сторін капіляр. Отриманий таким чином стовпчик жиру в капілярі довжиною не більше 1-2 см занурюють у воду так, щоб верхня частина капіляра була вище дзеркала води. При повільному нагріванні і певній температурі стовпчик жиру під дією води піднімається вгору по капіляри. Температура, при якій починається підйом, називається точкою плавлення, при подальшому нагріванні жир починає плавитися. Температура, при якій жир стає світлим і прозорим, називається точкою просвітління.
Значно важче дати визначення інших показників жирних кислот (наприклад, пенетрація, кислотне число, число омилення, йодне число і число ізомасляной кислоти).
ліпоїдами. Жироподібні речовини, або липоиди, відносяться до різних класів хімічних сполук. Слід особливо згадати лецитин. В основі лецитину лежить гліцерин, жирні кислоти, фосфорна кислота і холін.23.13
ДОДАТКОВІ ВЕЩЕСТВА
Для харчування людини недостатньо одних хімічно чистих вуглеводів, білків і жирів. Це призвело б до смерті. Людському організму потрібні деякі додаткові речовини. Перш за все вода, мінеральні речовини, гормони і вітаміни.
Мінеральні речовини є основою для будови кісток, зубів і всього людського скелета. Крім того, багато хто з них, що зустрічаються в малій кількості (у вигляді слідів), грають надзвичайно велику роль в життєдіяльності людського організму. Вони лежать в основі гормонів і ферментів, і їх участь в процесі дихання і травлення дуже велике.
Гормони і ферменти-органіческіе сполуки, що мають складну будову. Хімічний склад їх і структура мало вивчені. Гормони роблять регулюючий вплив на функції організму. Ферменти, або ензими, необхідні для розпаду харчових продуктів, отримання енергії і будови частинок тіла.
вітаміни - Речовини, имеюших велике фізіологічне значення. Людина отримує їх з їжі. Так як організм людини не в змозі виробляти їх сам, він використовує їх в різних харчових з'єднаннях.
Вітаміни позначаються просто - буквами алфавіту. Часто їх назва відповідає їх фізіологічним значенням. Дуже рідко знаходять застосування чисто хімічні позначення.
Залежно від їх розчинності вітаміни поділяють на дві групи. Вітаміни А, В, Е і К відносяться до жиророзчинних; вітаміни групи В і вітамін С - до групи водорозчинних.
Вітамін А є епітелійзащітним вітаміном. Відсутність його веде до порушень зору, захворювання слизової оболонки. Вітамін А зустрічається в печінці і в стравоході і як провітамін (каротин) міститься в молоці, маслі, моркви і різних овочах.
Найважливішими вітамінами групи В є вітаміни В1 і В2. При відсутності вітаміну В1 відбувається захворювання нервової і серцево-судинної системи, а також порушення обміну речовин. Нестача вітаміну В2 викликає зміни в шкірних і слизових клітинах, уповільнює зростання.
Вітаміни В-групи є в молоці, м'ясі, яйцях, горіхах, зернових культурах і овочах.
ВітамінС (аскорбінова кислота, або протицинговий) попереджає різні захворювання. Найважливіший джерело вітаміну С - картопля, зустрічається у фруктах і овочах.
Вітамін О, або протіворахітний »вітамін, регулює обмін кальцію і вапна. Введенням багатих вітаміном Про продуктів (печінка, жовток, масло, молоко) вдається перемогти багато захворювань. Якщо організм тривалий час не отримує вітаміну О, то це викликає захворювання на рахіт.
Вітамін Е знаходиться головним чином в зародку пшениці і в маслі.
Вітамін До міститься в капусті, шпинаті, цвітній капусті. Обидва вітаміни відіграють велику роль в гормональній 'діяльності організму.
ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ ТА ЇХ ЗНАЧЕННЯ ДЛЯ КОНДИТЕРСЬКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ
Багато понять, що стали звичайними в техніці, часто застосовуються фахівцями на практиці без знання їх фізичного сенсу. Вимірювання температури і визначення щільності, змішування і розчинення речовин, плавлення і кристалізація - багаторазово повторювані на практиці робочі процеси, правильне проведення яких має велике значення для якості готових виробів.
Температура. Регулювання і вимір температури належать до найважливіших операцій будь-якого технологічного процесу. Точне дотримання температурного режиму має велике значення, наприклад, при варінні карамельного сиропу, для отримання бажаної консистенції карамелі - твердої чи м'якої, помадки, крему. У виробництві виробів з лікерною начинкою має велике значення дотримання ступеня нагрівання цукрового сиропу, для отримання тонкої, хрусткої оболонки.
Сушка і обсмажування, вальцевание і конширування вимагають певної міри нагрівання.
Точне дотримання температурного режиму - запорука отримання шоколода і глазурі з хорошим блиском.
Для вимірювання температури в кондитерській промисловості застосовують шкали Цельсія і Реомюра.
Інші термометри (шкала Фаренгейта і абсолютна термодинамічна шкала Кельвіна) практично не знаходять застосування в кондитерській промисловості.
Температури плавлення льоду і кипіння води за різними шкалами представлені в табл. 1.
Таблиця 1
Вимірювання температури за різними шкалами
шкала

Точка плавлення льоду

Точка кипіння води

Кельвіна (° Ю.

273

373

Цельсія (° С)

0

100

Реамюр (° N)

0

80

Фаренгейта (°Р)

32

212

23.14
У кондитерській промисловості щільність служить показником концентрації цукрового розчину і вимірюється ареометром.
Для визначення щільності застосовують шкалу Боме.
Суміші. Поряд з швидкими і простими вимірами щільності і температури, важливими для приготування кондитерських виробів, є тривалі і трудомісткі процеси змішування і розчинення. Якщо змішуються речовини не змінюють при цьому своїх хімічних властивостей, то виходить суміш, в якій кожен компонент втрачає тільки свої фізичні властивості. До них відносяться, наприклад, суміш крупи какао з найдрібнішими частинками Шкаралупи, шкірки, вівсяне какао (вівсяне борошно + порошок какао) і суміші, що містять порошок какао, сухе незбиране молоко і цукор, а також кувертюр (глазурі) і шоколадна маса.
розчини. Якщо змішати тверді речовини з рідиною, виходять розчини. При цьому може статися повне розподіл твердої речовини в рідині: розчин стане абсолютно прозорим, а розчинена речовина не можна визначити навіть під мікроскопом; тверда речовина розподіляється в рідині у вигляді молекул, і такий, розчин називається молекулярнодісперсним, або істинним ,.
Якщо, проте, розчинна речовина розподіляється в рідині великими групами, ніж молекула, але невидимими неозброєним оком, то мова йде про колоїдних розчинах. Якщо при тривалому впливі рідкої фази не відбувається розчинення, а речовина розподіляється тільки при механічному впливі, то отримана система називається суспензією.
Цукор і сіль у воді дають істинний розчин; розчинні у воді білки - колоїдний розчин, а крохмаль в холодній воді - суспензія.
Розчинність. Властивість речовини, що полягає в здатності розчинятися в рідині, називається розчинністю. Розчинність залежить від багатьох умов, особливо від температури. У більшості випадків в гарячої рідини розчиняється більше речовин, ніж у холодній. Наприклад: у воді при 0 ° С розчиняється 179 г сахарози на 100 г води; при 100 ° С - 487 р Якщо температуру знизити на кілька градусів, то відбувається кристалізація сахарози з став перенасиченим розчину.
Кристалізація. Кристалізація розчину або розплаву має велике значення в кондитерській промисловості. кристалізація залежить від температури, а також від супроводжуючих речовин. При повільному охолодженні виходить менше кристалів, але вони більші і більш правильної форми, ніж при швидкому зниженні температури. При цьому деякі речовини в різних межах температури утворюють різні форми кристалів, що має велике значення в кондитерській промисловості. Так, при приготуванні виробів з лікерними начинками, призначених для тривалого зберігання, щоб вийшла гарна кристалічна оболонка, необхідно порівняно повільне охолодження цукрового розчину. Якщо охолодження відбувається дуже швидко (холодний формувальний матеріал), то виникає багато маленьких погано пов'язаних між собою кристалів, що викликає руйнування оболонки і витікання лікерної начинки. При збиванні помади необхідно швидке охолодження цукрового сиропу для отримання дрібних кристалів, неощущаемимі мовою, Це досягається інтенсивним охолодженням, перемішуванням і збивання в помадосбівальной машині.
Встановлено, що перепад температур має основне значення, а число обертів лопатей мішалки - другорядне.
Масло какао в різних межах температури утворює кристали різної форми. Така властивість називається поліморфізмом. Це спостерігається як в чистому маслі какао, так і в шоколадній масі і глазурі.
Цілеспрямоване темперування цих виробів перед формуванням і глазурування викликає утворення кристалів стабільною β-форми. При нормальній температурі вони постійні, т. Е. Перетворюються в кристали іншої форми. Таким чином, при однакових умовах зовнішнього середовища вдається запобігти появі кристалів, що викликають посивіння шоколаду. Сірий наліт на шоколаді або посивіння виникає в результаті перекрісталізаціімасла какао в мас, аобразующіеся при етомновие кристали виступають на поверхню виробу.

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *