ПРОДОЛЖЕНИЕ ЛЕКЦИИ № 5

Четвертая фаза - фаза затухания - в этой фазе заканчиваются гидролитиче­ские и синтетические процессы, уменьшается биомасса дрожжей.

Различают молодые, зрелые и старые дрожжи. В зависимости от фазы, развития отмечаются морфологические изменения дрожжей. Молодые клетки имеют тонкую оболочку, цитоплазма гомо­генна, почкование энергичное. У зрелых дрожжей цитоплазма зер­нистая, появляются вакуоли, гликоген и другие включения. Число почкующихся клеток достигает 15%. Старые дрожжи почти не поч­куются, имеют гетерогенную цитоплазму, утолщенную оболочку, много мертвых клеток.

Дрожжи относятся к факультативным анаэробам. Это означа­ет, что они проявляют жизненные функции в присутствии кислоро­да воздуха (аэробный процесс) и в его отсутствии (анаэробный процесс).

В присутствии кислорода воздуха энергия, получаемая дрожжевыми клет­ками в результате полного окисления органических веществ (С₆Н₁₂О₆+6О₂=6СО₂+6Н₂О+2870 кДж), расходуется клетками на синтез биомассы, т. е. на рост и размножение.

При отсутствии воздуха клетки для осуществления своих жизненных функций ис­пользуют кислород, заключенный в органическом веществе (С₆Н₁₂О_6 → 2С₂Н₅ОН+2СО₂+234 кДж). Обмен веществ в клет­ках по аэробной схеме называют дыханием дрожжей, по анаэроб­ной схеме - брожением. Дыхание и брожение - ферментативные процессы.

На жизнедеятельность дрожжей большое влияние оказывает температура, реакция среды (рН) и ее состав.

Влияние температуры. Пределы оптимальной темпера­туры 22-30°С; с повышением до 30°С интенсивность дыхания дрожжей возрастает, при прогреве до 40°С заметно уменьшается. Оптимум интенсивности брожения 35°С, т. е. несколько выше тем­пературного оптимума дыхания, а при 40°С на 15% снижается ин­тенсивность брожения. Дрожжи переносят и пониженные темпе­ратуры, что применяют в ряде производств (виноделие, пивоваре­ние). С понижением температуры среды удлиняется период раз­множения дрожжей.

Имеются термофильные расы дрожжей, способные при 35°С полностью сбраживать сусло с 20% сахара, а при 32°С - даже с 25% сахара. Тепловыносливость дрожжей при пастеризации среды зависит от содержания спирта и рН. Например, нагревая сусло в течение 15 мин при 60°С, достигают его пастеризации, а активное брожение при содержании 10 об.% спирта прекращается при на­гревании до 45°С, все клетки утрачивают способность к размноже­нию или погибают.

Влияние рН среды. Большинство дрожжей хорошо разви­вается в пределах рН 3,7-3,3; обнаружены раса с диапазоном рН 4,0-2,9 и полным выбраживанием сусла с содержанием 18-20% сахара. Имеются расы, способные развиваться при рН 2,7-2,5.

Дрожжевые клетки с понижением рН несколько уменьшаются в размере, округляются, и в них увеличивается содержание жира. Изменяется структура дрожжевого осадка ‒ из зернистого он ста­новится песковидным, легко взмучивается, прилипает к стенкам сосуда. Снижение рН на 0,1 от нижнего оптимального значения приводит к депрессивным изменениям плазмы и отмиранию кле­ток.

Влияние состава среды. На развитие дрожжей ока­зывает влияние концентрация сахара. Оптимальное его содержа­ние в среде, например, для винных дрожжей составляет 13-20%. Повышение концентрации сахара замедляет брожение, а при 30% уменьшается и выход спирта. Такая концентрация сахара вызыва­ет плазмолиз и гибель клеток.

Спирт на все виды дрожжей действует угнетающе. Наибольшей устойчивостью обладают винные дрожжи: предельная для них кон­центрация спирта 16 об.%, а для хересных ‒ 19 об.%. Молочно­кислые бактерии развиваются даже при 20 об.% спирта, а уксус­ные ‒ при 15 об. %. Задержка брожения тем больше, чем выше содержание в сусле спирта. Устойчивость дрожжей к спирту может быть повышена путем их адаптации.

Влияние сернистой кислоты на дрожжи также угнетающее, но различно в зависимости от расы. Винные дрожжи могут переносить действие сернистого ангидрида дозой 450 мг/л.

Сернистый ангидрид действует в зависимости от концентрации на различные функции дрожжевой клетки: дыхание, брожение, раз­множение, и вызывает ее гибель.

Ниже излагаются краткие сведения о винных, спиртовых, пив­ных и хлебопекарных дрожжах.

Винные дрожжи (Sacch. vini, Sacch. oviformis) применя­ются в виноделии. Форма клеток винных дрожжей эллипсовидная, иногда овальная или круглая, длина клетки 5-12 мкм, ширина 3-8 мкм. Помимо почкования винные дрожжи размножаются и путем образования круглых гладких спор. Винные дрожжи обита­ют в плодово-ягодных соках, хорошо сбраживают глюкозу, фрук­тозу, сахарозу, мальтозу и ¹/з раффинозы. Они устойчивы к собст­венным продуктам обмена и вытесняют все другие микроорганиз­мы из обсемененного виноградного сусла.

В производстве применяется большое число отобранных штаммов винных дрожжей. По морфологическим признакам они мало отличаются друг от друга, но характеризуются различными физиологическими и биохимическими свойства­ми, т. е. разной интенсивностью и энергией брожения, продуктами брожения, скоростью седиментации клеток, отношением к температуре, кислотам, сернисто­му ангидриду и т. д.

При уменьшении и недостаточном содержании сахаров в виноградном сусле Sacch. vini отмирают и на смену им приходят дрожжи Sacch. oviformis, которые сбраживают те же сахара, кроме галактозы, и хорошо развиваются при высоких концентрациях спирта (18 об. %). Хорошо также на этих средах развиваются расы Массандра III, хересные расы ‒ Херес 96-к, Херес 20-с, узбек­ские и дагестанские спиртоустойчивые хересные расы, выделенные из естествен­ных субстратов.

Хересные дрожжи образуют споры, сбраживают виноградные сусла с накоп­лением 17,5 об. % спирта и по окончании брожения располагаются по поверхности вина в виде складчатой серовато-белой пленки. Важнейшей реакцией процесса хересования является окисление спирта в альдегид, катализируемое окислитель­ными ферментами хересных дрожжей.

Расы винных дрожжей: Киевская, Магарач 17-35, Ленинградская ‒ не обра­зуют пленки на вине, но содержат окислительные ферменты, способные окислять спирт и придавать хересные тона при выдержке вина на дрожжевом осадке с доступом воздуха.

На заводах шампанских вин процесс шампанизации ведут с помощью дрож­жей Sach. oviformis, так как они вытесняют другие дрожжи и сбраживают даже следы сахара.

Продукты автолиза винных дрожжей оказывают положительное влияние на формирование и созревание вин. Показано, что внесение автолизатов дрожжей обогащает вино витаминами В₁, В₂, ферментами и аминокислотами, что ускоряет созревание вина и повышает его качество.

Для приготовления столовых виноградных и плодоягодных вин требуются дрожжи, обладающие кислотоустойчивостью, сульфитовыносливостью, холодо­стойкостью, высокой энергией брожения и способные синтезировать минимум ле­тучих кислот. Винные дрожжи для красных вин должны дополнительно иметь устойчивость к фенольным соединениям. Полифенолоксидаза, находящаяся в виноматериалах, вызывает побурение вина вследствие окисления фенольных соеди­нений. Этот фермент инактивируется 50-100 мг/л сернистого ангидрида.

Спиртовые дрожжи, как любые другие факультативные анаэробы, при исключении доступа кислорода воздуха способны сбраживать углеводы с образованием спирта и углекислого газа.

Наибольшее распространение получили дрожжи расы XII, так как они активно сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, галак­тозу, мальтозу, маннозу и на ¹/з раффинозу, но не сбраживают лак­тозу, декстрины, пентозы. Форма клеток округлая или яйцевидная. Размер клеток (5¸6,2)´(5¸8,0) мкм.

Пивные дрожжи относятся также к роду Saccharomices. Различают дрожжи низового брожения Sacch. carlsbergensis (тем­пературный оптимум брожения 6-8°С, хорошо оседают на дно, обладают способностью усваивать моносахара сусла на 60%) и дрожжи верхового брожения Sacch. cerevisiae (меньших размеров, температурный оптимум 12-15°С, хуже оседают на дно, сбражи­вают моносахара на 30%).

Оба эти вида дрожжей усваивают глюкозу, сахарозу и мальто­зу солодового сусла, могут использовать этиловый спирт и глице­рин, трасформировать уксусную и молочную кислоты.

Зрелые дрожжевые клетки имеют длину от 9 до 11 мкм и шири­ну от 5 до 8 мкм. В нормальных условиях сбраживаемой среды почкуется до 70% клеток. В неблагоприятных условиях клетки Sacch. cerevisiae отмирают, не образуя спор, что может вызвать остановку производства.

Физиологическая характеристика дрожжей определяется сте­пенью флокуляции (оседания), скоростью размножения, активно­стью брожения, степенью сбраживания, способностью накапливать этиловый спирт, углекислый газ и побочные продукты ‒ сивушное масло. Состав побочных продуктов определяет вкус и букет пива.

Хлебопекарные дрожжи имеют клетки яйцевидной, овальной, иногда округлой формы, которая изменяется в зависимо­сти от условий культивирования. Средние размеры клеток (4¸6)´(8¸10) мкм. В ходе культивирования наблюдаются изменения в размере вакуолей клетки: у молодых клеток они незаметны, а у старых занимают до 80% их объема. В вакуолях, заполненных кле­точным веществом, состоящим из углеводов, белков, жиров и др., осуществляются различные биохимические превращения. При на­личии фос-фатов в среде образуется волютин.

В начале процесса почкования оболочка клетки размягчается в результате действия специфических ферментов на дисульфидные связи (—S—S—), цитоплазма клетки прорывается через ослаблен­ный участок оболочки, затем материнская оболочка разрастается на поверхности дочернего протоплазменного пузырька, и почка по­степенно увеличивается. Процесс почкования заканчивается отде­лением дочерней почки от материнской клетки. Дочерняя клетка начинает почковаться после достижения физиологической равноцен­ности, т. е. размера материнской клетки. У материнской клетки вновь появляется бугорок, и снова отделяется одна почка. С ухуд­шением условий после отделения двух-трех почек деление материн­ской клетки прекращается. После устранения неблагоприятного фактора почкование возобновляется.

Пригодны для хлебопечения только такие расы дрожжей, кото­рые хорошо сбраживают и усваивают сахара субстрата, если одна из этих функций нарушена, микроорганизмы непригодны для ука­занных целей.

Используются следующие расы дрожжей: Томская № 7, клетки почти круг­лые или слегка овальные размером (5,6¸8,6)´(9,4¸9,8) мкм, сбраживает глю­козу, сахарозу, галактозу, слабее мальтозу. Ферментная активность: зимазная 55 мин (высокая); мальтазная 195 мин (очень низкая).

Раса ЛБД XI ‒ форма клеток продолговатая или эллиптическая, их разме­ры (5,6¸8)´(5,6¸14,0) мкм, сбраживает глюкозу, сахарозу, галактозу, мальто­зу. Товарные дрожжи сохраняются хорошо, чувствительны к вредным вещест­вам мелассы. Мальтазная активность 140 мин (средняя), зимазная ‒ 50 мин (вы­сокая) .

Раса № 14 ‒ форма клеток овальная или слегка эллиптическая, размеры (5,6¸7,0) ´ (8,4¸11,0) мкм. Сбраживает глюкозу, сахарозу, галактозу, мальтозу. Мальтазная активность 80-90 мин (высокая), зимазная ‒ 45 мин (очень вы­сокая).

Раса № 14-2 ‒ форма клеток эллиптическая, достаточно крупных размеров: (5,6¸8,4)´(7,4¸11,0) мкм. Сбраживает глюкозу, сахарозу, галактозу, мальтозу. Устойчива при сушке и хранении. Высокая активность: мальтазная 90 мин, зи­мазная 45-46 мин (очень высокая).

Раса Нр-1 (Узловская) ‒ форма клеток овальная, размеры 8,4¸11,0 мкм, сбраживает глюкозу, сахарозу, галактозу, мальтозу. Зимазная активность 65 мин (высокая), мальтазная ‒ 120 мин (удовлетворительная).

Все эти расы способны к накоплению до 48% белка, до 8% сахароз по массе абсолютно сухих веществ дрожжей и используются для получения как прессо­ванных, так и сушеных дрожжей.

Для сушки применяются дрожжи с более высоким (до 33%) содержанием сухих веществ в клетках, в том числе до 45% белка и до 12% Сахаров с часо­вым приростом биомассы до 11%. Эти дрожжи термоустойчивы и осмочувствительны. Сушат дрожжи расы Шведская Нр-2 (Узловская-2) и Итальянская И-1.

Спиртовое брожение

В технологии пищевых производств применяются три основных вида брожения: спиртовое, молочнокислое и маслянокислое; дру­гие виды брожения являются их разновидностями.

Рассмотрим спиртовое брожение на примере сбраживания вино­градного сусла винными дрожжами.

Различают пять стадий развития вина: образование, формиро­вание, созревание, старение и отмирание.

Стадия образования вина начинается с экстракции (диффузии) и ферментативных процессов, в том числе первичных и вторичных окислительных. Заканчивается первая стадия спиртовым брожени­ем сусла с изменением его состава и свойств, а проходящие при этом биохимические, химические и физико-химические реакции со­провождаются появлением новых продуктов.

Степень измельчения ягоды, длительность ее контакта с суслом и температура сусла оказывают влияние на скорость диффузии из клеток и тканей в сусло пигментов, фенольных, ароматических, азотистых и других соединений. Поэтому при изготовлении столо­вых белых вин и шампанских виноматериалов стремятся сократить время такого контакта твердых частиц ягоды с соком, а для красных столовых и кахетинских вин, наоборот, увеличивают про­должительность этих контактов.

С. В. Дурмишидзе и А. К. Родопуло показали механизм фермен­тативного окисления полифенолов, находящихся в виноградном сусле, молекулярным кислородом под действием полифенолоксидазы. При этом образуются хиноны, которые, дегидрируя легкоокисля­емые вещества сусла, вновь восстанавливаются в полифенолы. Проходящие в это же время под каталитическим воздействием хинонов вторичные окислительные процессы вызывают окисление ас­корбиновой кислоты, аминокислот, оксикислот и других веществ. Накопление хинонов ускоряется после полного окисления кислот. Накапливаясь, они способны в дальнейшем окрашивать сусло в бу­ровато-коричневый цвет.

В виноградном сусле наблюдаются и другие окислительные про­цессы, влияющие на цвет и вкус вина.

Окислительные процессы особенно активно протекают при дроб­лении винограда. В первые 10 мин сусло поглощает до 200 мг/л кислорода воздуха. Больше по сравнению с суслом окислительных ферментов сорбируется на мякоти и кожице раздавленного вино­града.

В начальный период также наблюдаются гидролитические про­цессы под действием кислот винограда и ферментов. Например, b-фруктофуранозидаза разлагает сахарозу, собственные и вноси­мые дополнительно пектолитические ферменты гидролизуют протопектиновые вещества.

Интенсивность прохождения диффузионных и ферментативных процес-сов зависит от технологических приемов, степени насыщения сусла фермента-ми и  их  специфичными  субстратами,  например  фенольными  соединениями, способными активизировать или ингибировать отдельные процессы, в зависимости от целевого назначения сусла. Так, при изготовлении шампанских виноматериалов и столо­вых вин окислительные процессы в сусле ингибируют, а для кахе­тинских вин, наоборот, их активируют. Ингибирование окислитель­ных процессов и антисептирование сусла при отстаивании повсе­местно проводится сернистым газом в дозировках от 50 до 200 мг/л. Наибольшие биохимические превращения в сусле осуществляют­ся при брожении вследствие жизнедеятельности дрожжей. Наряду со спиртом и углекислым газом в ходе брожения образуются вто­ричные продукты: глицерин, янтарная кислота, уксусная кислота, ацетальдегид, 2, 3-бутиленгликоль, ацетоин, лимонная   кислота, пировиноградная кислота, изоамиловый и изопропиловый спирты, эфиры. Сумма вторичных продуктов в среднем составляет 0,8-0,92%. Полностью не раскрыт еще механизм образования вторич­ных продуктов, но пути синтеза отдельных продуктов исследованы. Уксусный альдегид токсичен для дрожжей, они сразу же преобра­зуют его в другие вторичные продукты, и он не накапливается.

В начале брожения накопление уксусного альдегида идет быст­рее, потом интенсифицируется его превращение, а далее устанавли­вается равновесие между синтезом альдегида и его превращениями.

Молодые дрожжи более интенсивно образуют уксусную кислоту, потом эта скорость снижается. Уксусная кислота используется дрожжами также для синтеза аминокислот белков и жиров.

На соотношение между вторичными продуктами брожения ока­зывают влияние расы дрожжей, аэрация, рН, температура броже­ния, исходный состав сусла и содержание в нем витаминов, амино­кислот.

Высшие спирты синтезируются дрожжами в процессе брожения. Они влияют на оттенки в аромате и вкусе продуктов брожения.

По Эрлиху, их накопление при брожении связывается с дезаминированием кислот, т. е. усвоением дрожжами азота аминокислот, и восстанов-лением образующихся альдегидов в спирты, но термо­динамические расчеты реакций не подтвердили эту схему процесса, поэтому выдвинуты другие пути их образования: реакция переаминирования аминокислот среды и клетки с пировиноградной кисло­той, синтезируемой в ходе брожения (И. Я. Веселов, И. М. Граче­ва), образование высших спиртов в процессе синтеза некоторых аминокислот дрожжевой клеткой (Иошизава Ямада).

В процессе брожения глубокие изменения претерпевает состав сухих веществ сусла. В сухих столовых винах в результате превра­щения углеводов отсутствует сахароза, гексоз мало, пентоз 0,1-0,3%. В других типах вин содержание сахара больше. Из полиса­харидов (полисахариды II порядка) исследован ферментативный гидролиз пектино­вых веществ, количество которых при брожении резко снижается. Глубокие изменения претерпевают азотистые вещества сусла, их состав в вине включает формы азота исходного сырья и азот  дрож­жей.  В  начале  брожения  дрожжи  интенсивно  потребляют аммиач­ный и аминный азот, а к концу брожения с повышением темпера­туры часть дрожжей отмирает, и среда обогащается продуктами автолиза.

Фенольные соединения окисляются, и продукты их превращения выпадают в осадок в начале и в конце брожения, когда в среде имеется кислород. Наблюдается восстановление хинонов за счет глютатиона ‒ донора водорода, находящегося в окисленной фор­ме, и сам он восстанавливается только после окончания восстанов­ления хинонов. При взаимодействии фенольных соединений с бел­ками вина образуются выпадающие в осадок танаты, а с уксусным альдегидом ‒ ацилглицерины.

В процессе брожения снижается, а к концу полностью прекра­щается активность окислительных ферментов, при этом около 20% полифенолокси-дазы адсорбируется дрожжами, а остальная часть инактивируется под действием цистеина и глютатиона дрожжей, между тем как спирт и другие продукты на нее не действуют.

Содержащиеся в сбраживаемой среде кислоты подвергаются в присут-ствии дрожжей окислительным превращениям, а также пре­образованиям, протекающим по циклу ди- и трикарбоновых кислот. Количество летучих кислот достигает 0,5-0,7 г/л.

С появлением спирта и уменьшением растворимости при броже­нии в осадок выпадают кальциевые и калиевые соли винной и щавелевой кислот. Титруемая кислотность увеличивается, если она была низкой в исходном сусле, а при высокой она понижается.

ОВ-потенциал в ходе брожения, как и содержание О₂, снижает­ся от 400 до 130 мВ, а содержание растворимого кислорода от 3,5¸6,5 мг/л снижается до нуля.

В период от конца брожения до первой переливки, называемый стадией формирования вина, продолжаются автолитические процес­сы и обогащение вина продуктами лизиса дрожжей ‒ аминокисло­тами, ферментами, витаминами.

При формировании вин под действием бактерий в несколько стадий происходит яблочно-молочнокислое брожение, которое способствует повыше-нию рН, устранению резкой «зеленой» кислот­ности и появлению более мягкого и гармоничного вкуса. К концу этого периода из вина выделяется часть углекислого газа и облег­чается доступ к нему кислорода воздуха, окислительные процессы интенсифицируются, взвешенные частицы, танаты и соли выпадают в осадок, а вино осветляется.

Стадии созревания и старения вин включают время его выдерж­ки в бочках, резервуарах и бутылках для приобретения им стабиль­ности, большей гармоничности в аромате и вкусе. Стадия созрева­ния проходит с доступом кислорода воздуха, последующая стадия выдержки, или старения, вина осуществляется в анаэробных усло­виях и способствует улучшению вкуса и букета вин. Эти стадии характеризуются сложными процессами и взаимодействием всех химических компонентов вин ‒ таких, как гидролиз углеводов и азотистых веществ, окислительно-восстановительные процессы, этерификация [1] спиртов и кислот, меланоидинообразование, полимери­зация азотистых и фенольных соединений.

В производстве вин встречаются биологические, биохимичес­кие, физико-химические их помутнения. Для улучшения органолептических свойств крепленых вин применяются разные режимы их тепловой обработки, в частности конвективное нагревание, нагре­вание инфракрасными лучами и электрическим током.

Вино имеет определенный срок стабильного состояния при его выдержке и хранении. Например, белые столовые вина имеют срок хранения до 5 лет, экстрактивные белые ‒ до 10 лет. Красные вина созревают и стареют медленнее, а крепкие и десертные сохраняют дегустационные свойства более 100 лет. После отмеченных сроков вино разрушается, в связи с процессом разложения теряется его окраска, появляется неприятный запах и вкус. При этом наблюда­ется течение сахароаминной реакции, которая ведет к накоплению продуктов распада сахаров, в частности 5-оксиметилфурфурола, и изменению аромата и вкуса вина. Протекают здесь и другие реак­ции, но они не изучены.

Вторичным сбраживанием специальных сухих виноматериалов в герметически закрытых бутылках и последующей послетиражной их выдержкой с дрожжами в течение 3 лет изготавливают «Совет­ское шампанское». Доступ кислорода воздуха в этих условиях сво­дится к минимуму, уровень окислительно-восстановительного потенциала низкий, и протекающие при этом физико-химические и биохимические процессы с участием активных дрожжей, а потом продуктов их распада обусловливают высокое качество получаемо­го шампанского.

Химические процессы

В основе ряда пищевых технологий лежат химические превращения. К ним относятся получение патоки, кристаллической глюкозы путем кислотного гидролиза крахмала, различных жиров способом гидрогенизации и переэтери-фикации [2], инвертного сахара путем кислотного гидролиза сахарозы. Важная роль отводится этим процессам на отдельных стадиях производства хлеба, мучных кондитерских изделий, сахара, шоколада, растительных масел, прессованных дрожжей, а также при хранении продуктов.

Гидролиз. Это реакция разложения сложных веществ (белков, жиров, углеводов) до более простых под действием кислот и щелочей с присоединением молекул воды.

Сахароза при нагревании с кислотами гидролизуется, образуя инвертный сахар (смесь равных количеств глюкозы и фруктозы)

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Характерная особенность сахарозы ‒ исключительная легкость ее гидролиза:  скорость  процесса  примерно  в  тысячу  раз  больше,  чем скорость гидролиза, при этих же условиях таких дисахаридов как мальтоза или лактоза.

Гидролиз крахмала ‒ процесс каталитический. В качестве катализатора при гидролизе крахмала применяют минеральные кислоты, обычно хлороводородную кислоту. На скорость реакции оказывают влияние примеси, содержащиеся в крахмале. Реагируя с кислотой, они понижают ее концентрацию в растворе, в результате чего скорость реакции уменьшается. Наиболее сильно связывают кислоту фосфаты и аминокислоты.

Меланоидинообразование. Это сложный окислительно-восстановительный процесс, включающий в себя ряд реакций, которые протекают последовательно и параллельно. В упрощенном виде сущность этого процесса можно свести к следующему. Низкомолекулярные продукты распада белков (пептиды, аминокислоты), содержащие свободную аминно группу (—NН₂), могут вступать в реакцию с соединениями, в состав которых входит карбоксильная группа =С=О, например, с различными альдегидами и восстанавливающими сахарами (фруктозой, глюкозой, мальтозой), в результате чего происходит разложение как аминокислоты, так и реагирующего с ней восстанавливающего сахара. При этом из аминокислоты образуются соответствующий альдегид, аммиак и диоксид углерода, а из сахара ‒ фурфурол и оксиметилфурфурол. Альдегиды обладают определенным запахом, от которого зависит в значительной степени аромат многих пищевых продуктов. Фурфурол и оксиметилфурфурол легко вступают в соединение с аминокислотами, образуя темноокрашенные продукты, называемые меланоидинами. Белки тоже могут вступать во взаимодействие с сахарами, но менее активно, чем аминокислоты, так как содержат меньше свободных аминных групп.

Образование меланоидинов ‒ основная причина потемнения пищевых продуктов в процессе их изготовления, сушки и хранения. Особенно интенсивно эта реакция протекает при повышенных температурах во время выпечки хлебобулочных и мучных кондитерских изделии; в процессе уваривания сахарных растворов при производстве сахарного песка; при сушке солода; при самосогревании зерна; в процессе тепловой обработки вин; при приготовлении ирисных и помадных масс типа крем-брюле. Реакция мелано­и­динообразования сопровождается потемнением получаемых продуктов (фрук­тово-ягодного пюре, соков, повидла, хлеба), которое наблюдается при длитель­ном нагревании этих продуктов при высокой температуре, а также при их фасовании в горячем виде и хранении при повышенной температуре.

При производстве ряда пищевых продуктов создают специальные условия для реакции меланоидинообразования. В хлебопечении, например, для получения пшеничного хлеба приятного вкуса, аромата, с румяной корочкой технологический процесс необходимо вести таким образом, чтобы к моменту выпечки в тесте содержалось определенное количество сахара (около 2...3% к массе сухих веществ муки) и необходимое количество аминокислот, которые могут вступать в химическое взаимодействие.

Дегидратация. Одна из реакций, протекающая в процессе меланоидино-образования, связана с дегидратацией и разложением сахаров при нагревании.

В то же время эта реакция может протекать самостоятельно под воздействием высоких температур на сахара (сахарозу, глюкозу, фруктозу), вызывая ряд их превращений. Характер этих превращений различен и зависит от условий нагревания (степени и продолжительности теплового воздействия), реакции среды и концентрации сахара. Моносахариды, в частности глюкоза, при нагре­ва­нии в кислой или нейтральной среде дегидратируют, т. е. разлагаются с выделе­нием одной или двух молекул воды и образованием ангидридов глюкозы. Эти соединения являются реакционноспособными и могут соеди­няться друг с другом или с неизмененной молекулой глюкозы и образовывать так называемые продукты конденсации (реверсии). При длительном тепловом воздействии отщепляется третья молекула воды и образуется оксиметил­фурфурол, который при дальнейшем нагревании может распадаться с раз­ру­шением углеводного скелета и образованием муравьиной, левулиновой кислот и окрашенных соединений. В общем виде схему химических изменений саха­розы можно представить в следующем

Сульфитация. При производстве ряда пищевых продуктов реакция меланоидинообразования нежелательна, например при получении сахара-песка. Существуют и другие причины, например, при переработке овощей и плодов потемнение происходит за счет протекания биохимических процессов и образования меланинов. С образованием меланинов связано потемнение очищенных и нарезанных яблок, картофеля при непродолжительном хранении на воздухе. Для предотвращения потемнения пищевых продуктов их сульфитируют, т.е. обрабатывают диоксидом серы или его производными, чаще всего Н₂SО₃. Диоксид серы как химический агент вызывает обесцвечивание многих растительных красящих пигментов и может быть использован для улучшения внешнего вида готового продукта. Диоксид серы получают путем сжигания серы в специальных печах, пропуская через них воздух.

При сульфитации продукта идет образование сернистой кислоты, которая является сильным восстановителем

                               SО₂ + Н₂О = Н₂SО₃.

Частично сернистая кислота переходит в серную:

                       H₂SO₃ + Н₂О = Н₂SО₄ + 2Н.

Выделяющийся при этом водород оказывает обесцвечивающее действие. Органические красящие вещества всегда содержат непредельные хромофорные группы (—С=С—), при восстановлении их сернистой кислотой по месту разрыва двойных связей присоединяется водород, в результате окрашенные вещества превращаются в бесцветные лейкосоединения. Эффект обесцвечивания может достигать 30%.

Сульфитации подвергают диффузионный сок при его очистке в сахарном производстве, овощи и плоды при их переработке. Кратковременная, в течение нескольких минут, обработка картофеля, абрикосов, яблок перед сушкой позволяет улучшить внешний вид готового продукта, предотвратить его потемнение.

 Диоксид серы, сернистая кислота и ее соли так же выполняют и роль антисептика, вызывая глубокие изменения в клетках микроорганизмов, особенно молочнокислых и уксуснокислых бактерий. Действие ее на микроорганизмы связано с восстанавливающими свойствами: являясь акцептором кислорода, сернистая кислота задерживает дыхание микроорганизмов, а реагируя с промежуточными продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, а также с ферментами, нарушает обмен веществ. Все это ведет к гибели микрофлоры.

Сернистая кислота оказывает влияние на растительную ткань сульфитированных продуктов. Под ее влиянием происходит коагуляция протоплазмы клеток нарушается тугор и сок частично выходит в межклеточное пространство, в результате чего ткань плода размягчается.

Являясь сильным восстановителем, сернистая кислота препятствует окислению химических веществ плодов. Блокируя ферменты, катализирующие необратимое окисление витамина С, сернистая кислота способствует его сохранению.

Вступая в соединение с красящими веществами плодов, сернистая кислота вызывает сильное обесцвечивание продукта. Все плоды и ягоды, имеющие красную, синюю и другую окраску (вишня, слива, малина, черная смородина и т. п.), после сульфитации теряют свой первоначальный цвет.

Окисление. Этот процесс играет большую роль при хранении жиров, масел и жиросодержащих продуктов. Жиры при длительном хранении приобретают неприятные вкус и запах ‒ прогоркают, что связано как с химическими превращениями под действием света и кислорода воздуха, так и с действием некоторых ферментов. Наиболее простой случай прогоркания, часто наблюдаемый при хранении коровьего масла и маргарина, заключается в омылении жира и появлении в свободном виде масляной кислоты, которая придает продукту неприятный запах, свойственный этой кислоте.

Наиболее распространенный тип  прогоркания жиров — прогоркание, обусловленное окислением ненасыщенных жирных кислот кислородом воздуха. При этом кислород присоединяется по месту двойных связей, образуя пероксиды

В результате дальнейшего разложения перекисей жирных кислот образуются альдегиды, придающие жиру неприятные запах и вкус.

При отсутствии кислорода воздуха процесс не идет, таким образом, при хранении жира в вакууме он не прогоркает. Присутствие в жирах солей металлов, особенно меди, которые являются катализаторами, увеличивается скорость окисления. На интенсивность реакции окисления жиров влияет степень ненасыщенности жирных кислот, чем ненасыщенность выше, тем быстрее жир окисляется. Наличие в жире белковых и слизистых веществ также ускоряет порчу жира, поэтому при получении жиров стремятся в максимальной степени избавиться от этих примесей.

В то же время присутствие в жирах и жиросодержащих продуктах антиоксидантов снижает скорость их окисления. Наиболее активными естественными антиокислителями являются токоферолы (витамин Е). Медленное окисление какао-масла, кунжутного масла и длительное хранение халвы, особенно тахинной, приготовленной на основе кунжута и продуктов его переработки, объясняется наличием в этих маслах природных антиокислителей. При производстве и очистке жиров антиокислители частично удаляют, что резко снижает стойкость жиров при хранении. Аналогичные процессы протекают при тепловой обработке пищеконцентратов, в результате которой жиры легко прогоркают. Добавление к ним антиокислителей позволяет значительно увеличить сроки хранения.

Животные жиры, как правило, очень бедны токоферолами, поэтому введение в состав жиров антиокислителей резко повышает стойкость их к прогорканию.

В последние годы синтезирован ряд веществ, обладающих анти-окислительным действием. К ним относятся производные фенолов — бутилоксианизол, бутилокситолуол и др. Введение этих соединений в малых количествах (0,01% к массе жира) резко замедляет процесс прогоркания жира. Фенолы и их производные входят в состав коптильной жидкости, содержатся в древесном дыме, поэтому копченые продукты, как правило, обладают стойкостью при хранении.

Использование смесей антиокислителей даст больший эффект, чем применение отдельного антиоксиданта. Суммарное действие смеси веществ, превышающее действие каждого компонента в отдельности, называется синергизмом. Подобным действием обладают также вещества, не являющиеся антиокислителями. К таким веществам относятся лимонная, аскорбиновая, виннокаменная кислоты, фосфатиды, сульфгидрильные соединения и др.

Напечатать