Реакції карамелизации і меланоидинообразования при виробництві харчових продуктів

Головна | Про нас | Зворотній зв'язок

Прямий нагрів вуглеводів, особливо цукрів і цукрових сиропів, сприяє протіканню комплексу реакцій, званих # 8232; карамелізації. Реакції катализируются невеликими концентраціями кислот, лугів і деяких солей. При цьому утворюються коричневі продукти з типовим карамельним ароматом. Регулюючи умови, # 8232; можна направити реакції в основному на отримання аромату або ж в # 8232; сторону освіти забарвлених продуктів. Помірний (початковий) # 8232; нагрів цукрових розчинів призводить до аномерного змін, розриву # 8232; глікозидних зв'язків, утворення нових глікозидних зв'язків. Але основними є дегідратація з утворенням ангідроколец, як # 8232; в левоглюкозане, або включення в кільця подвійних зв'язків. В результаті # 8232; утворюються дігідрофуранони, ціклопентанолони, ціклогексанолони, # 8232; пірони і ін. Парні подвійні зв'язку адсорбируют світло певних довжин хвиль, надаючи продуктам коричневий колір. Часто в ненасичених кільцевих системах може мати місце конденсація в полімерні кільцеві системи. Зазвичай для отримання карамельного кольору і # 8232; запаху використовується сахароза. Нагріванням розчину сахарози в присутності сірчаної кислоти або кислих солей амонію отримують інтенсивно # 8232; забарвлені полімери ( «цукровий колер») для застосування в різних # 8232; харчових продуктах - при виробництві напоїв, карамелі та ін. Стабільність і розчинність цих полімерів збільшується в присутності # 8232; HSO3 - -іонів:

Карамельні пігменти містять різні групи - гідроксильні, кислотні, карбонільні, енольними, фенольні та ін. Швидкість # 8232; реакції освіти карамельних пігментів збільшується при збільшенні температури і рН. За відсутності буферних солей може утворитися полімерне з'єднання гумин з гірким смаком (середня формула С125 Н188 О80); при виробництві харчових продуктів з цим необхідно # 8232; вважатися і не допускати його освіти.

Комплекс реакцій, що мають місце при карамелізації, призводить до # 8232; утворення різноманітних кільцевих систем з унікальним смаком і # 8232; ароматом. Так, мальтол (З-гідрокси-2-метілпіранон) і ізомальтол # 8232; (З-гідрокси-2-ацетілфуран) мають запах печеного хліба, 2-Н-4-гідрокси-5-метілфуранон - аромат смаженого м'яса. Крім того, ці продукти мають солодкий смак, що також визначає їх позитивну # 8232; роль в харчових продуктах.

Малюнок 1. Схематичне зображення перетворень при потемнінні # 8232; харчових продуктів

Малюнок 2. Освіта кетозоаміна (перегрупування по Амадори)

Малюнок 3. Перегрупування Хейтс (освіта глюкозоамина з кетоз)

Малюнок 4. Освіта діфруктозогліціна # 8232; (подальша перегрупування по Амадори)

Колоїдні, погано розчинні Меланоїдіни з характерним карамелеподобним ароматом є результатом альдольної конденсації # 8232; і полімеризації.

Карбонільний вуглець цукру, що редукує у відкритій ланцюга піддається нуклеофільної атаці вільної електронної парою амінного азоту. Це супроводжується втратою води і замиканням кільця з утворенням глюкозоамина. У присутності надлишку цукру, що редукує може утворюватися діглюкозоамін. Глюкозоамин піддається перегрупування по Амадори і переходить в амінокислоту # 8232; (фруктозоамін). Фруктозоамін був ідентифікований в # 8232; ряді харчових продуктів, зокрема в сухофруктах (персики, абрикоси), висушених овочах, сухому молоці.

Якщо в початковій стадії присутній кетоза, то також має місце утворення глюкозоамина за рахунок перегрупування Хейтс.

Продукти реакції, отримані при перегрупування по Амадори, # 8232; можуть далі перетворюватися двома шляхами: один - через дікарбонільних # 8232; проміжні сполуки (діфруктозогліцін), інший - через утворення проміжних дезоксігексозулоз (3-дезоксігексозонов). Обидва ці шляхи ведуть до утворення меланоідінових пігментів - # 8232; з'єднань, що мають піразинову і імідазольного кільця, а також, # 8232; крім того, редуктонов і оксіметілфурфурола.Реакція 1,2-енолізаціі переважає в харчових продуктах, середовище яких характеризується відносно м'якими умови # 8232; ми. Утворені продукти - 3-дезоксіглюкозулоза і ненасичена # 8232; глюкозулоза. Амінокислота звільняється в незмінному вигляді.

Реакція 2,3-енолізаціі веде через появу щодо нестійкою 2,3-діулози до утворення 2,4-діулози. Роль # 8232; цих сполук проявляється і в освіті пігментів, і, особливо, в # 8232; продукуванні летючих ароматичних сполук.

Коли в процес виявляються втягнутими інші альдози, це призводить до відмінностей в швидкості реакції: пентози (ксилоза і рибоза) темніють набагато швидше, ніж гексози. Є докази того, що потемніння кетоз (фруктози) відрізняється від потемніння альдоз. Новоутворена спочатку фруктозіламінокіслота після перегрупування Хейтс дає альдозоамінокіслоти. Виникає новий асиметричний центр, і фруктоза дає суміш глюкозо і маннозогліціна разом з невеликою кількістю фруктозогліціна. Альдозоамінокіслоти більш стійкі, ніж відповідні кетозоамінокіслоти. Фруктоза темніє повільніше, ніж # 8232; глюкоза, і вимір втрат амінокислот в ході реакції показує, # 8232; що вона протікає інакше, ніж реакція потемніння альдоз.

Швидкість потемніння нередуцирующего дисахаридов (наприклад, сахарози) і полісахаридів можна обмежити швидкістю їх гідролізу і # 8232; розкладання до редукуючих сахаров.Образованіе пігментів - складна реакція і важче піддається # 8232; визначенню. Вважається, що в освіті пігментів беруть участь аль- # 8232; дольная конденсація карбонільних проміжних з'єднань або # 8232; продуктів їх подальших реакцій. На цій стадії в реакцію знову вступають амінокислоти, що призводить до утворення азотвмісних пігментів, званих меланоидинов. Коричневий колір # 8232; пояснюється невиражену спектра поглинання у видимому діапазоні, складеному з перекривають один одного спектрів поглинання # 8232; багатьох хромофоров. На модельних розчинах показано, що пігменти, # 8232; утворилися в модельних цукрово-амінокислотних середовищах, не є простими речовинами. Вони являють собою суміші сполук # 8232; зі схожою структурою, але з різною молекулярною масою (починаючи від # 8232; декількох сотень). З хімічної точки зору пігменти, що утворюються в модельних середовищах, є ненасиченими полікарбоксільни- # 8232; ми кислотами з розширеною системою сполучених зв'язків, що включає карбоксильні групи. Крім того, можна відзначити наявність гідроксильної, енольной і аминной функцій.

Таблиця 2. Втрата лізину в молочних продуктах

Однак втрата амінокислот може відбуватися не тільки при утворенні меланоідінових пігментів, але і за рахунок реакції розпаду по # 8232; Стреккеру, який супроводжує ці перетворення. Розпад по Стреккеру включає взаємодію дікарбонільних проміжних продуктів реакції меланоидинообразования і амінокислот. # 8232; При цьому утворюються летючі (різні альдегіди, піразини і ін.) Продукти, що впливають на аромат. Ці речовини утворюються в процесі технологічної обробки (при випічці хліба, обсмажуванні кавових зерен, варінні), і їх поява часто буває пов'язано з формуванням характерного для продукту аромату. Запахи, що з'являються в процесі зберігання, # 8232; менш бажані, оскільки порушують первинну органолептическую характеристику продукту.

Оксид сірки і його похідні пригнічують реакцію потемніння # 8232; в харчових продуктах, проте їх застосування обмежується можливістю утворення в сульфітуються харчових продуктах слаботоксичних компонентів. Пошуки інших інгібіторів тривають, проте знайдені дотепер замінники (ціаніди, дімедон, гідроксиламін, гідразин, меркаптани, бромін) неприйнятні через токсичність.

Однак цей шлях захисту від потемніння не оберігає продукти # 8232; від втрати амінокислот (наприклад, лізину), оскільки реакція з сульфит-іонами протікає на останніх стадіях меланоидинообразования. Крім того, гідросульфіт-іон практично не має впливу на реакцію Стреккера.

На закінчення слід зазначити важливі моменти щодо реак # 8232; ції меланоидинообразования, які повинен знати і враховувати пі # 8232; щевік-технолог.

1. Освіта меланоідінових пігментів може бути бажано # 8232; або небажано, також як і розвиток запаху - в залежності від виду # 8232; продукту.

2. Може мати місце втрата незамінних амінокислот (особливо # 8232; лімітують), т. Е. Втрата поживної цінності продукту.

4. Продукти реакцій карамелизации і меланоидинообразования і # 8232; освіту ароматичних компонентів, супутнє цих реакцій, мають велике значення в багатьох харчових виробництвах для # 8232; отримання продуктів з гарним кольором і характерним ароматом (хлібопечення, виробництво безалкогольних напоїв і пива, кондитерських виробів і ін.). В інших випадках (наприклад, при кислотному способі отримання глюкози) освіту таких продуктів характеризується # 8232; як недолік, оскільки погіршує якість одержуваних сиропів і # 8232; веде до певної втрати важливих компонентів, що переробляється # 8232; сировини.