Контрольная работа по химическим основам технологии пищевых производств

     Наиболее  высокие показатели агрегации наблюдаются  у α- и γ-компонентов глиадина, наименее – у ω-компонентов. Способность к агрегации возрастает по мере увеличения подвижности полипептидов и уменьшения их молекулярной массы. Очень высокой способностью образовывать надмолекулярные ассоциаты обладают быстроподвижные α-глиадины с молекулярной массой 31 000.

     Агрегирующая  способность белков взаимосвязана  с особенностями аминокислотного  состава. Так, суммарный глиадин с более повышенной агрегирующей способностью содержит меньше заряженных групп, а ω-глиадины, обладающие низкой степенью агрегации, богаты пролином, фенилаланином, амидогруппами и полярными аминокислотными остатками. Это определяет высокую способность их к взаимодействию с другими компонентами муки и, прежде всего с липидами и липидоподобными соединениями (дигалактозилдиглицерид). Комплексообразование последнего с ω-глиадинами за счет водородных связей обуславливает газоудерживающую способность теста и объем хлеба. Имеются данные, что структура комплексов белки–липиды имеет сходство со структурой белок-липидных мембран.

     В агрегации и взаимодействии молекул  клейковинных частиц с другими компонентами муки в технологических процессах  производства хлеба, макаронных изделий, печенья и т.д., наряду с водородными  связями, принимают участие гидрофобные, ионно-электростатические и дисульфидные связи. Способность белков к формированию высоко агрегированных и надмолекулярных образований зависит от рН, ионной силы и состава среды (присутствие денатурирующих, солюбилизирующих, восстанавливающих и других агентов). С повышением рН от 4,0 до 9,1 агрегация белков злаковых культур (пшеницы, ржи, ячменя) повышается. Чем больше концентрация нейтральных солей, тем агрегирующая способность белков выше. Отсюда, определенные дозировки поваренной соли способны регулировать образование или разрушение макромолекул клейковинного белка в состоянии пространственно организованной структуры пшеничного теста при производстве, например, хлеба.

     Определенное  влияние на агрегативное состояние запасных белков оказывают детергенты (ПАВ) различной природы: анионные, катионные, нейтральные. В присутствии анионного детергента в кислой среде, когда молекулы имеют положительный заряд, агрегация белка максимальна. Действие же катионных и нейтральных детергентов в направлении усиления или ослабления агрегации неоднозначно и зависит от рН среды и их концентрации. В целом же, агрегирующая способность запасных белков различных зерновых культур в ходе технологического процесса может быть представлена в виде интегральной суммы множества взаимодействий, способствующих или препятствующих образованию надмолекулярных структур:

∑A = ∆Аи +∆Аг+∆Ав +∆Ан +∆Аα +∆Ад + ...,

где ∆Аи  – агрегация белка за счет ионно-электростатических сил; ∆Аг – гидрофобных взаимодействий; ∆Ав – водородных связей; ∆Ан – набухания (гидратации); ∆Аα – изменения регулярных структур; ∆Ад – содержания дисульфидных связей.

     Степень участия того или иного фактора  в изменении агрегативного состояния белков, а с ним и реологических свойств теста и качества хлеба, зависит от исходных физико-химических свойств и структурных особенностей белков муки, технологических факторов процесса (температура, степень механического воздействия, рН среды и т. д.), химической природы и количества дополнительного сырья, улучшителеи и пищевых добавок.

Огромное  значение для изменения свойств  и агрегативного состояния белков в ходе технологического процесса приготовления теста имеет дисульфидно-сульфгидрильный обмен:

P1S-SP2 + P3SH → Р1S – SР3 + P2SH

Считают, что лабильность дисульфидных связей обеспечивает образование новых прочных межмолекулярных связей и релаксацию (ослабление) напряжения структур клейковины при замесе теста.

     Сильная мука, содержащая крепкую клейковину, требует больше времени замеса, так  как она содержит больше дисульфидных связей и меньше SH-групп, чем слабая. В процессе созревания муки при ее отлежке, а также под влиянием окислителей типа броматов, улучшение реологических свойств клейковины объясняется увеличением содержания S-S-связей и уменьшением, соответственно, SH-групп. В присутствии восстанавливающих агентов (сульфит натрия) реологические свойства клейковины ухудшаются, как это имеет место в прорастающем зерне или в процессе приготовления теста из зерна, пораженного клопом-черепашкой. Во всех случаях показатели качества и реологические характеристики теста взаимосвязаны с изменением в соотношении S–S-связей и SH-групп в белках.

Процессы  образования или распада S– S-связей в созревающем и прорастающем зерне пшеницы протекают при  участии специфических ферментов  тиол–дисульфидного обмена: тиол– кислородоксидоредуктаза (КФ 1.8.3.2) и тиол–протеиндисульфидредуктаза (КФ 1.8.4.2). Предполагают, что направленное регулирование активности указанных выше ферментов в процессе приготовления теста является действенным приемом улучшения технологических свойств муки в целях обеспечения надлежащего качества хлеба.

     В результате действия протеолитических ферментов в технологическом  потоке производства пищевых продуктов  белковые вещества так же претерпевают ряд существенных изменений. Так, на стадии солодоращения при производстве пива в эндосперме ячменя наблюдается гидролиз глобулина (эдестин), альбумина (лейкозин), проламина (гордеин) и глютелина с накоплением азотистых соединений с более низкой молекулярной массой (пептиды, аминокислоты). В результате в зерне накапливается растворимая, коагулируемая и аминная формы азота, тогда как в зародышевом листке и ростках зерна, наоборот, увеличивается количество белкового азота за счет процессов синтеза.

Высокомолекулярные  фракции белков при прорастании  зерна расщепляются под действием  ферментов эндопептидаз по схеме: и экзопептидаз (дипептидаз и полипептидаз). Полипептидазы включают аминопептидазы (а-аминоацилпептидгидролазы, 3.4. 1 ), для действия которых необходимы свободные аминогруппы (– NH2), и карбоксипептидазы (пептидиламинокислотные гидролазы, 3.4.2), требующие для гидролиза свободные карбоксильные группы (– СООН).

     Технологические режимы проращивания зерна предусматривают  оптимальные условия (рН, температура) действия гидролитических ферментов для обеспечения накопления низкомолекулярных азотистых соединений для питания дрожжей сусла.

В традиционной технологии производства хлеба и  мучных кондитерских изделий из муки нормального качества при тестоведении не протекают глубокие реакции гидролиза белков, свидетельствующие об изменении их первичной структуры, тогда как слабые процессы пептизации низкомолекулярных азотистых соединений, являющихся продуктами незавершенного синтеза в зерне, могут иметь место. Изменения структуры белков в процессе тестоприготовления ограничиваются, как правило, дезагрегацией, агрегацией молекул и изменением высших уровней ее организаций (вторичная, третичная, четвертичная структуры). 

19. Гидролиз полисахаридов  его использование в пищевых технологиях. 

Олигосахариды. Это полисахариды 1-го порядка, молекулы которых содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. В соответствии с этим различают дисахариды, трисахариды и т. д.

Дисахариды  – сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается  на две молекулы моносахаридов. Дисахариды, наряду с полисахаридами, являются одним из основных источников углеводов  в пище человека и животных. По строению дисахариды являются гликозидами, в  которых две молекулы моносахаридов соединены гликозидной связью.

     Среди дисахаридов особенно широко известны мальтоза, сахароза и лактоза. Мальтоза, являющаяся α-глюкопиранозил-(1,4)-α-глюкопиранозой, образуется в качестве промежуточного продукта при действии амилаз на крахмал (или гликоген).

Одним из наиболее распространенных дисахаридов  является сахароза – обычный пищевой  сахар. Молекула сахарозы состоит из одного остатка α-D-глюкозы и одного остатка β-D-фруктозы. В отличие от большинства дисахаридов, сахароза не имеет свободного полуацетального гидроксила и не обладает восстанавливающими свойствами.

Дисахарид лактоза содержится только в молоке и состоит из β-D-галактозы и D-глюкозы. Среди природных трисахаридов наиболее известна раффиноза (содержащая остатки фруктозы, глюкозы и галактозы). Она находится в значительных количествах в сахарной свекле и во многих других растениях, в частности в бобовых. В целом олигосахариды, присутствующие в растительных тканях, разнообразнее по своему составу, чем олигосахариды животных тканей.

     Полисахариды II-го порядка. Их, с точки зрения общих принципов строения, можно разделить на две группы: гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа, и гетерополисаха-риды, для которых характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев.

С точки  зрения функционального назначения полисахариды могут быть разделены  на структурные и резервные полисахариды. Важным структурным полисахаридом  является целлюлоза, а главные резервные  полисахариды – гликоген и крахмал (у животных и растений соответственно).

     Крахмал представляет собой комплекс двух гомополисахаридов: линейного – амилозы и разветвленного – амилопектина, общая формула которых (С6Н10О5)n. Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10–30%, амилопектина 70–90%. Полисахариды крахмала построены из остатков глюкозы, соединенных в амилозе и в линейных цепях амилопектина α-1,4-связями, а в точках ветвления амилопектина – межцепочными α-1,6-связями. Крахмал является главной составной частью пищи человека. Хлеб, картофель, крупы, овощи – главный энергетический ресурс его организма. Гликоген – полисахарид, широко распространенный в тканях животных, близкий по своему строению к амилопектину. Молекула гликогена, как и молекула амилопектина, построена из сильно разветвленных цепочек (разветвление через каждые 3–4 звена) с общим количеством глюкозидных остатков 5–50 тыс (с молекулярной массой 1–10 млн).

Целлюлоза (или клетчатка) является одним из наиболее распространенных растительных гомополисахаридов. Она выполняет роль опорного материала растений, из нее строится жесткий скелет стеблей, листьев. В чистом виде она известна в виде ваты и фильтровальной бумаги (писчая и все другие виды бумаги проклеиваются). Древесина наполовину состоит из клетчатки и, кроме того, содержит связанный с нею лигнин – высокомолекулярное вещество фенольного характера. Целлюлоза представляет собой полимер, содержащий 600–900 остатков глюкозы (средняя молекулярная масса 1–1,5 млн). В молекуле целлюлозы остатки глюкозы соединены β-(1,4)-гликозидными связями, что определяет линейную структуру полимера. Целлюлоза не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта млекопитающих, а при действии фермента целлюлазы, выделяемого из кишечной флоры травоядных, распадается на целлодекстрины (олигоцеллосахариды) и целлобиозу.

     Декстраны – гомополисахариды, построенные из остатков D-глюкозы с доминирующим типом гликозидной связи; α-(1,6)-боковые разветвления присоединяются к центральной цепи. Декстран образуется из сахарозы под действием специфического фермента декстрансахаразы, вырабатываемого бактериями. В зависимости от применяемого штамма бактерий синтезируются декстраны различной степени разветвленности. Декстраны служат для получения молекулярных сит-сефадексов разных марок.

     Пентозаны – целлюлозоподобные полисахариды, построенные из ксилозы, арабинозы и других пентоз. Особенно богаты пентозанами скорлупа орехов, подсолнухов, кукурузные кочерыжки, солома, рожь.

     Инулин  – высокомолекулярный углевод, растворимый  в воде, осаждающийся из водных растворов  при добавлении спирта. При гидролизе  с помощью кислот образует фруктофуранозу и небольшое количество глюкопиранозы. Содержится в большом количестве в клубнях земляной груши и георгина, в корнях одуванчика, кок-сагыза и цикория, в артишоках, в корнях, листьях и стеблях каучуконосного растения гваюлы (Parthenium argentatum). В этих растениях инулин заменяет крахмал. Количество остатков фруктозы, связанных в молекуле инулина гликозидными связями между 1-ми 2-м углеродными атомами, по-видимому, равно 34.

В растениях, плесневых грибах и дрожжах содержится особый фермент – инулаза, который гидролизует инулин с образованием фруктозы.

Слизи и гумми (камеди) – группа коллоидных полисахаридов, к которым принадлежат  растворимые в воде углеводы, образующие чрезвычайно 

вязкие  и клейкие растворы. Типичными  представителями этой группы являются гумми, выделяемые в виде наплывов вишневыми, сливовыми или миндальными деревьями  в местах повреждения ветвей и  стволов. Слизи содержатся в большом  количестве в льняных семенах  и в зерне ржи. Именно их наличием объясняется высокая вязкость употребляемого в медицине отвара из льняных семян  или же водной болтушки ржаной муки.

     Во  многих пищевых производствах имеет  место гидролиз пищевых гликозидрв, олигосахаридов и полисахаридов. Гидролиз зависит от многих факторов: рН, температуры, аномерной конфигурации, комплекса ферментов. Он важен не только для процессов получения пищевых продуктов, но также и для процессов их хранения. В последнем случае реакции гидролиза могут приводить к нежелательным изменениям цвета или, в случае полисахаридов, могут приводить к неспособности их образовывать гели.