Строение крахмального зерна и свойства крахмальных полисахаридов.

В значительных количествах крахмал содержится в крупе, бобовых, муке, макаронных изделиях, картофеле. Находится он в клетках растительных продуктов в виде крахмальных зерен разной величины и формы. Они представляют собой сложные биологические образования, в состав которых входят полисахариды (амилоза и амилопектин) в небольших количествах сопутствующих им веществ (кислоты фосфорная, кремневая и др., минеральные элементы и т.д.). Крахмальное зерно имеет слоистое строение. Слои состоят из частиц крахмальных полисахаридов, радиально расположенных и образующих зачатки кристаллической структуры. Благодаря этому крахмальное зерно обладает анизотропностью (двойным лучепреломлением).

Образующие зерно слои неоднородны: устойчивые к нагреванию чередуются с менее устойчивыми, более плотные – с менее плотными. Наружный слой более плотный, чем внутренние, и образуют оболочку зерна. Все зерно пронизано порами и благодаря этому способно поглощать влагу. Большинство видов крахмала содержит 15-20% амилозы и 80-85% амилопектина. Однако крахмал восковидных сортов кукурузы, риса и ячменя состоит в основном из амилопектина, а крахмал некоторых сортов кукурузы и гороха состоит 50-75% амилозы. Крахмальных полисахаридов состоят из остатков глюкозы, соединенных друг с другом в длинные цепи. В молекуле амилозы таких остатков входит в среднем около 1000. чем хуже цепи амилозы, тем она хуже растворяется. В молекулы амилопектина остатков глюкозы входит значительно больше. Кроме того, в молекулах амилозы цепи прямые, а у амилопектина они ветвятся. В крахмальном зерне молекулы полисахаридов изогнуты и расположены слоями.

 

1.1.  Набухание и клейстеризация крахмала.

Набухание – одно из важнейших свойств крахмала, которое влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий.

При нагревании крахмала с водой (крахмальной суспензии) до температуры 50-55 градусов крахмальные зерна медленно поглощают воду (до 50% своей массы) и ограниченно набухают. При этом повышение вязкости суспензии не наблюдается. Набухание это обратимо: после охлаждения и сушки крахмал практически не изменяется.

При нагревании от 55 до 80 градусов крахмальные зерна поглощают большое количество воды, увеличиваются в объеме в несколько раз, теряют кристаллическое строение, а следовательно, анизотропно сть. Процесс его образования называется клейтеризацией. Таким образом, клейстеризация – это разрушение нативной структуры крахмального зерна, сопровождаемое набуханием.

Температура, при которой анизотропность большинства зерен разрушена, называется температурой клейстеризации. Температура клейстеризации разных видов крахмала неодинакова.

 

Процесс клейстеризации крахмальных зерен идет поэтапно:

· При 55-70 градусах зерна увеличиваются в объеме в несколько раз, теряют оптическую анизотропность, но еще сохраняют слоистое строение; в центре крахмального зерна образуется полость («пузырек»); взвесь зерен в воде превращается в клейстер – малоконцентрированный золь амилозы, в котором распределены набухшие зерна (первая стадия клейстеризации);

· При нагревании выше 70 градусов в присутствии значительного количества воды крахмальные зерна увеличиваются в объеме в десятки раз, слоистая структура исчезает, значительно повышается вязкость системы (вторая стадия клейстеризации); на этой стадии увеличивается количество растворимой амилозы; раствор ее частично остается в зерне, а частично диффундирует в окружающую среду.

При длительном нагревании с избытком воды крахмальные пузырьки лопаются, и вязкость клейстера снижается.

Крахмал клубневых растений (картофель, топинамбур) дает прозрачные клейстеры желеобразной консистенции, а зерновых (кукуруза, рис, пшеница и др.) – непрозрачные, молочно-белые, пастообразной консистенции.

Консистенция клейстера зависит от количества крахмала: при содержании его от 2 до 5% клейстер получается жидким (жидкие кисели, соусу, супы-пюре); при 6-8% - густым (густые кисели). Еще более густой клейстер образуется внутри клеток картофеля, в кашах, блюдах из макаронных изделий.

На вязкость клейстера влияет не только концентрация крахмала, но и присутствие различных пищевых веществ (сахаров, минеральных элементов, кислот, белков и др.). Так, сахароза повышает вязкость системы, соль снижает, белки оказывают стабилизирующее действие на крахмальные клейстеры.

При охлаждении крахмалосодержащих продуктов количество растворимой амилозы в них снижается в результате ретроградации (выпадение в осадок). При этом происходит старение крахмальных студней (синерезис), и изделия черствеют. Скорость старения зависит от вида изделий, их влажности и температуры хранения. Чем выше влажность блюда, кулинарного изделия, тем интенсивнее снижается в нем количество водорастворимых веществ. Наиболее быстро старение протекает в пшенной каше, медленнее – в манной и гречневой. Повышение температуры тормозит процесс ретроградации, поэтому блюда из крупы и макаронных изделий, которые хранятся на мармитах с температурой 70-80 градусов, имеют хорошие органолептические показатели в течение 4 часов.

 

1.2.  Гидролиз крахмала.

Крахмальные полисахариды способны распадаться до молекул составляющих их сахаров. Процесс этот называется гидролизом, так как идет с присоединением воды. Различают ферментативный и кислотный гидролиз.

Ферменты, расщепляющие крахмал, носят название амилаз.

 

Существует два вида их:

· альфа-амилаза, которая вызывает частичный распад цепей крахмальных полисахаридов с образованием низкомолекулярных соединений – декстринов; при продолжительном гидроле возможно образование мальтозы и глюкозы;

· бетта- амилаза, которая расщепляет крахмал до мальтозы.

Ферментативный гидролиз крахмала происходит при приготовлении дрожжевого теста и выпечке изделий из него, варке картофеля и др. В пшеничной муке обычно содержится бетта-амилаза; мальтоза, образующаяся под ее влиянием, является питательной средой для дрожжей. В муке из проросшего зерна преобладает альфа-амилаза, образующиеся под ее воздействие декстрины придают изделиям липкость, неприятный вкус.

Степень гидролиза крахмала под действием бетта-амилазы увеличивается с повышением температуры теста при замесе и в начальный период выпечки, с увеличением продолжительности замеса. Кроме того, она зависит от крупности помола муки и степени повреждения крахмальных зерен. Чем больше поврежденных зерен (чем тоньше помол муки), тем быстрее протекает гидролиз (или ферментативная деструкция) крахмала.

В картофеле также содержится бетта-амилаза, превращающая крахмал в мальтозу. Мальтоза расходуется на дыхание клубней. При температуре близкой к нулю, дыхание замедляется, мальтоза накапливается, и картофель становится сладким (подмороженный картофель). При использовании подмороженный картофель рекомендуется выдержать некоторое время при комнатной температуре. В это случае дыхание клубней усиливается, сладковатость их уменьшается. Активность бетта-амилазы возрастает в интервале от 35 до 40 градусов, при температуре 65 градусов фермент разрушается. Поэтому, если картофель перед варкой залить холодной водой, то пока клубни прогреются, значительная часть крахмала успеет превратиться в мальтозу, она перейдет в отвар и потери питательных веществ увеличатся. Если же картофель залить кипящей водой, то бетта-амилаза инактивируется и потери питательных веществ будут меньше.

Кислотный гидролиз крахмала может происходить при нагревании его в присутствии кислот и воды, при этом образуется глюкоза. Кислотный гидролиз имеет место при варке красных соусов, при варке киселей и длительном хранении их в горячем состоянии.

1.3. Декстринизация (термическая деструкция крахмала).

Декстринизация – это разрушение структуры крахмального зерна при сухом нагреве его свыше 120 градусов с образованием растворимых в воде декстринов и некоторого количества продуктов глубокого распада углеводов (углекислого газа, окиси углерода и др.). Декстрины имеют окраску от светло-желтой до темно-коричневой. Разные виды крахмала обладают различной устойчивостью к сухому нагреву. Так, при нагревании до 180 градусов разрушается до 90% зерен картофельного крахмала, до 14% - пшеничного, до 10% - кукурузного. Чем выше температура, тем больше количество крахмальных полисахаридов превращается в декстрины. В результате декстринизации снижается способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации. Этим объясняется более густая консистенция соусов на белой пассеровке (температура пассерования муки 120 градусов) по сравнению с соусами на красной пассеровке (температура пассерования муки 150 градусов) при одном и том же расходе муки.

В кулинарной практике декстринизация крахмала происходит не только при пассеровании муки для соусов, но также при обжаривании гречневой крупы, подсушивании риса, вермишели, лапши перед варкой, в поверхностных слоях картофеля при жарке, в корочке изделий из теста и др.

 

Вывод.

В течение дня человек потребляет большое количество углеводов. Они снабжают организм энергией. Углеводы способны переходить в жир до 30%, но если превышается потребление углеводов, то возникает ожирение. Поэтому нужно правильно употреблять углеводы, лучше кушать темный хлеб, вводить в рацион питания продукты богатые клетчаткой и пектинами.

 

В приготовлении блюд и кулинарных изделия углеводы играют, также немаловажную роль:

ü При тепловой обработке образуют румяную корочку на жареных и запеченных изделиях – реакции карамелизации и меланоидинообразования;

ü Разрыхление теста при брожении – реакция брожения крахмала;

ü Подсушивание: муки для соусов, риса, лапши – реакция декстринизации и т.д.

 

Тест для проверки.

 1. Что относится к углеводам?

А. простые сахара;

Б. дисахариды;

В. полисахариды;

D. пектины.

 

2. Что относится к полисахаридам?

А. сахароза;

Б. клетчатка и полуклетчатка;

В. глюкоза, фруктоза;

D. мальтоза, лактоза.

 

3. Какие бывают гидролизы дисахаридов?

А. кислотный;

Б. нейтральный;

В. ферментативный;

D. простой.

 

4. Какое бывает брожение сахаров?

А. спиртовое;

Б. молочнощелочное;

В. молочнокислое;

D. нейтральное.

5. Что называют карамелизацией?

А. глубокий распад сахаров при нагревании их выше температуры плавления с образование темноокрашенных продуктов;

Б. взаимодействие восстанавливающих сахаров с аминокислотами, пептидами и белками, приводящие к образованию темноокрашенных продуктов;

В. глубокий распад сахаров, под действие дрожжей;

D. расщепление сахаров под действием кислот.

 

6. Окрашенные соединения представляют собой смесь веществ различной степени полимеризации:……….?

А. карамелан;

Б. карамелен;

В. карамелун;

D. карамелин.

7. Взаимодействие восстанавливающих сахаров с аминокислотами, пептидами и белками, приводящие к образованию темноокрашенных продуктов, называется…..?

А. карамелизация;

Б. меланоидинообразование;

В. гидролиз сахаров;

D. брожение.

 

8. Одно из важнейших свойств крахмала, которое влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий?

А. клейстеризация;

Б. декстринизация;

В. набухание;

D. гидролиз.

 

9. Что влияет на вязкость клейстера?

А. концентрация крахмала;

Б. присутствие различных пищевых веществ (сахаров, белков);

В. длительное нагревание;

D. кислая среда.

 

10. Что такое синерезис?

А. разрушение нативной структуры крахмального зерна;

Б. разрушение структуры крахмального зерна при сухом нагреве его свыше 120 гр.;

В. старение крахмальных зерен;

D. поглощение крахмальным зерном большого количества воды.

11. Что такое декстринизация?

А. старение крахмальных зерен;

Б. поглощение крахмальным зерном большого количества воды;

В. разрушение структуры крахмального зерна при сухом нагреве его свыше 120 гр.;

D. разрушение нативной структуры крахмального зерна.

12. В результате декстринизации, снижается способность крахмала….?

А. к набуханию в горячей воде;

Б. к клейстеризации;

В. к гидролизу;

D. к синерезису.

 

13. Что дает меланоидинообразование?

А. образование корочки;

Б. образование вкуса и аромата;

В. снижение биологической ценности;

D. потемнение фритюрного жира, овощей, фруктового пюре.

1.7. Ситуационные задания.

1. Почему для приготовления картофельного пюре, картофель протирают горячим?

2. Почему картофель, кабачки доходят до готовности в процессе жарки?

3. Почему картофель вымоченный в холодной воде доходит до готовности дольше, чем только что очищенный?

4. Почему в процессе варки супов соленые огурцы, квашенную капусту, щавель, уксус  закладывают после картофеля?

5. Каким образом варят молочный суп с крупами или овощами?

6. Почему темнеет фруктовое пюре?

7. Для чего при использовании подмороженного картофеля рекомендуется выдержать его некоторое время при комнатной температуре?

1.8. Вопросы для самостоятельного изучения.

1. Более подробно изучить углеводы, их значение и характеристику.

2. К чему приводит избыточное употребление углеводов?

3. Определить положительные и отрицательные стороны физико-химических процессов углеводов.

4. Привести примеры из практики, где происходят изменения углеводов.

5. Влияние изменения углеводов на качество кулинарной продукции.

1.9. Контрольные вопросы.

1. Что такое углеводы, из значение и классификация.

2. К чему приводит избыток углеводов?

3. Перечислите процессы происходящие с сахарами.

4. Перечислите процессы происходящие с крахмалом.

5. Описать процесс гидролиза дисахаридов.

6. Описать процесс брожения дисахаридов.

7. Описать процесс карамелизации.

8. Описать процесс меланоидинообразования.

9. Описать процессы набухания и клейстеризации крахмала.

10. Описать процесс гидролиза крахмала.

11. Описать процесс декстринизации.

1.10. Ответы на тест:

1. – А, Б, В, D;

2. – Б;

3. – А, В;

4. – А, В;

5. – А;

6. – А, Б, D;

7. – Б;

8. – В;

9. – А, Б, В;

10. – В;

11. – В;

12. – А, Б;

13. – А, Б, В, D.

Опорный конспект.

Изменение крахмала.

1. Строение крахмального зерна.

ü Разной величины и формы;

ü В состав входят полисахариды (амилоза и амилопектин) и сопутствующие вещества (минеральные вещества и кислоты);

ü Имеет слоистое строение

Ø  Устойчивые к нагреванию более плотные, менее устойчивы менее плотные.

                                                           Наружный слой              Внутренний слой

                                                              амилопектин                              амилоза

                                                       из остатков глюкозы,            из остатков глюкозы,

                                                           связан в разветвленные    связанные в линейные

                                                    цепи (более 1000 остаток)       цепи (1000 остаток)

 

1. Набухание – свойство крахмала.

Влияет на:

Ø Форму

Ø Объем                                  готовых изделий

Ø Консистенцию

Ø Выход

Нагревание с водой

 

t 50-55 гр.                                                                                                   t 55-80 гр.

крахмал медленно поглощает воду,                      крахмал поглощает большое количество

ограниченно набухает                                            воды, увеличивается в объеме в несколько

                                                                                 раз, теряет кристаллическое строение

 

повышение вязкости не наблюдается                    превращается в клейстер 

 

1. Клейстеризация.

Стадия:                                                        

¨ Малое количество воды;                                   

¨ Зерна не теряют структуры;

¨ Зерна сохраняют слоистое строение;

¨ t 55-70 гр.

 

2 стадия:

¨ большое количество воды;

¨ t выше t клейстеризации;

¨ зерна поглощают 200-4005 воды;

¨ слоистая структура зерна исчезает;

¨ увеличение вязкости системы.

 

· Длительное нагревание – снижение вязкости клейстера.

 

· Консистенция клейстера – зависит от количества крахмала (2-5% – жидкий, 6-8% – густой).

 

 

· Вязкость клейстера зависит:

– концентрации крахмала;

– присутствие пищевых веществ (сахар, белки)

 

· Охлаждение – снижение количества растворимой амилозы    ретрограция – выпадение в осадок       старение (синерезис) крахмальных студней.

 

Скорость зависит от:

1. вида изделий;

2. влажности;

3. t хранения.

Гидролиз крахмала

Альфа-амилазы Распад крахмала до декстринов      (мальтоза + глюкоза)

 

                                                                                                                             

Декстринизация.                                 Сухой нагрев t 120гр.

Крахмальное зерно             разрушение                растворимых в воде декстринов + продукты распада углеводов (СО2СО).

 

Результат: снижение способности крахмала:

1. К набуханию в горячей воде:

Ø Пассерование муки;

Ø Обжаривание гречневой муки;

Ø Подсушивание риса.

 

1. К клейстеризации:

Ø В поверхностных слоях картофеля при жарке;

Ø В корочке изделий из теста.