Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ

ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЦЕНТРОСОЮЗА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИИ»

БРЯНСКИЙ ФИЛИАЛ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теоретические основы товароведения и экспертизы»

на тему: Углеводы пищевых продуктов: свойства, содержание, значение для организма человека

2016



Введение

В определении жизни как формы обмена веществ с окружающей средой, в ходе которого организм как открытая система получает извне вещества, служащие строительным материалом, обеспечивающим его рост и развитие, а также образование дочерних организмов в процессе размножения, и снабжающие его энергией, внимание следует обратить на «обмен веществ», так как последний возможен только при поступлении в организм извне веществ, которые затем включаются в сами процессы обмена. Помимо дыхания основным каналом их поступления является питание и пищеварение. углевод пищевой крахмал брожение

Питание есть процесс как непосредственного принятия пищи, то есть питательных веществ в организм, так и усвоение их для выработки энергии, образования тканей и поддержания их жизнедеятельности. Пища обеспечивает наш организм питательными веществами, которые требуются ему для выработки энергии, образования тканей и поддержания жизнедеятельности. Пища состоит из молекул белков, жиров, углеводов витаминов, минеральных солей и воды.

Углеводы - обширный наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в кругообороте углерода они служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями. Углеводы и их производные во всех живых клетках выполняют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохимических процессов. Они служат основным источником энергии для человеческого организма. Несмотря на то, что в качестве источника энергии углеводы могут быть частично заменены жирами и белками, они выполняют незаменимую функцию в регуляции процесса усвоения пищи, предотвращают дисфункции мышц и нервной системы.



1. Классификация и важнейшие представители углеводов

Углеводы - вещества состава С_mН_2nО_n.

В биосфере на долю углеводов приходится больше, чем всех других органических соединений вместе взятых. В растениях они составляют 80--90% из расчета на сухое вещество; в животном организме на их долю приходится 2% массы тела. Однако значение углеводов велико для всех видов живых организмов.

Углеводы включают соединения, начиная от низкомолекулярных, содержащих всего несколько атомов углерода, до веществ, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Их делят на три класса в зависимости от числа остатков сахаров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Существуют соединения, которые по всем свойствам нужно отнести в группу углеводов, хотя они имеют состав не точно соответствующий формуле С_mH_2nО_n. Тем не менее, старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название - глициды. Это наиболее доступный для клеток источник энергии, залог здоровой деятельности пищеварительной системы и организма в целом.

По химическому составу углеводы, как правило, делят на две группы: простые сахара и сложные.

Простые сахара не нуждаются в дополнительном расщеплении, поэтому усваиваются организмом очень быстро и практически полностью. Именно их принято называть «быстрыми углеводами».

Простые сахара подразделяют:

· моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза);

· олигосахариды (лактоза, сахароза, мальтоза, рафиноза).

Моносахариды являются простейшими углеводами, играющими важную роль в человеческом рационе. Благодаря своей простой химической структуре они быстро расщепляются и усваиваются организмом. После употребления продуктов, богатых углеводами - моносахаридами, человек может практически мгновенно получить необходимую ему энергию

Глюкоза («виноградный сахар», декстроза) - наиболее важный из всех моносахаридов, так как она является структурной единицей большинства пищевых ди- и полисахаридов. В организме человека глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов. Способностью усваивать глюкозу обладают все клетки организма животных. В то же время, способностью использовать другие источники энергии -- например, свободные жирные кислоты и глицерин, фруктозу или молочную кислоту -- обладают не все клетки организма, а лишь некоторые их типы. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических реакций превращаются в другие вещества и в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды - используются как «топливо» для клеток. Глюкоза - необходимый компонент обмена углеводов. При снижении ее уровня в крови или высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания (гипогликемическая кома).

Глюкоза «в чистом виде», как моносахарид, содержится в овощах и фруктах. Особенно богаты глюкозой виноград - 7,8%, черешня, вишня - 5,5%, малина - 3,9%, земляника - 2,7%, слива - 2,5%, арбуз - 2,4%. Из овощей больше всего глюкозы содержится в тыкве - 2,6%, в белокочанной капусте - 2,6%, в моркови - 2,5%. Глюкоза обладает меньшей сладостью, чем самый известный дисахарид - сахароза. Если принять сладость сахарозы за 100 единиц, то сладость глюкозы составит 74 единицы.

Фруктоза один из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина (гормон, который снижает уровень глюкозы в крови) проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» - глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 - сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.

Основными источниками фруктозы в пище являются виноград - 7,7%, яблоки - 5,5%, груши - 5,2%, вишня, черешня - 4,5%, арбузы - 4,3%, черная смородина - 4,2%, малина - 3,9%, земляника - 2,4%, дыни - 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико - от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде - около 3,7%. Достоверно доказано, что фруктоза, обладающая значительно более высокой сладостью, чем сахароза, не вызывает кариеса, которому способствует потребление сахара.

Галактоза (разновидность молочного сахара) в продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой - лактозу (молочный сахар) - основной углевод молока и молочных продуктов.

Олигосахариды - углеводы, молекулы которых образованы 2-10 остатками моносахаридов.

Сахароза - это дисахарид (углевод, состоящий из двух компонентов), образованный молекулами глюкозы и фруктозы. Самый распространённый вид сахарозы это - сахар. Содержание сахарозы в сахаре - 99,5%, фактически сахар это чистая сахароза.

Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар - это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли. Из растительных продуктов больше всего сахарозы содержится в свекле - 8,6%, персиках - 6,0%, дынях - 5,9%, сливах - 4,8%, мандаринах - 4,5%. В овощах, кроме свеклы, значительное содержание сахарозы отмечается в моркови - 3,5%. В остальных овощах содержание сахарозы колеблется от 0,4 до 0,7%. Кроме собственно сахара, основными источниками сахарозы в пище являются варенье, мед, кондитерские изделия, сладкие напитки, мороженое.

Лактоза (молочный сахар) расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. При этом возможно обильное газообразование, живот «пучит». В кисломолочных продуктах большая часть лактозы сброжена до молочной кислоты, поэтому люди с лактазной недостаточностью могут переносить кисломолочные продукты без неприятных последствий. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.

Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращается в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание - галактоземия, которая ведет к умственной отсталости. Содержание лактозы в коровьем молоке составляет 4,7%, в твороге - от 1,8% до 2,8%, в сметане - от 2,6 до 3,1%, в кефире - от 3,8 до 5,1%, в йогуртах - около 3%.

Мальтоза (солодовый сахар). Образуется при соединении двух молекул глюкозы. Содержится в таких продуктах как: солод, мед, пиво, патока, хлебобулочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.

Доля простых сахаров в ежедневном рационе должна составлять не более 25% от общего количества усвояемых углеводов, при этом доля сахара как самостоятельного продукта питания не должна быть выше 10% от суточной калорийности ежедневной пищи.

Сложные углеводы состоят в основном из повторяющихся звеньев соединений глюкозы (полимеры глюкозы).

Полисахариды (гликаны) - это молекулы полимерных углеводов, соединенных длинной цепочкой моносахаридных остатков, объединённые вместе гликозидной связью, а при гидролизе становятся составной частью моносахаридов или олигосахаридов. Они выстраиваются либо линейной в структурной форме, либо разветвленной. Примерами могут служить резервные полисахариды, такие как крахмал и гликоген, и структурные полисахариды - целлюлоза и хитин.

Крахмал - основной из перевариваемых полисахаридов, он представляет собой сложную цепочку, состоящую из глюкозы. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов. Крахмал - это сложный или "медленный" углевод, поэтому он является предпочтительным источником энергии, как при наборе массы, так и при похудении. В желудочно-кишечном тракте крахмал поддается гидролизу (разложение вещества под действием воды) расщепляется на декстрины (фрагменты крахмала), а в итоге на глюкозу и уже в таком виде усваивается организмом.

Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) и до 70% - в рисовой. Из злаков меньше всего крахмала содержится в овсяной крупе и продуктах ее переработки: толокне, овсяных хлопьях «Геркулес» - 49%. Макаронные изделия содержат от 62 до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта - от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки - от 35 до 51% крахмала, мука - от 56 (ржаная) до 68% (пшеничная высшего сорта). Крахмала много и в бобовых продуктах - от 40% в чечевице до 44% в горохе. А так же можно отметить не малое содержание крахмала в картофеле (15-18%).

В аналитической химии крахмал служит индикатором в йодометрическом методе титрования. Для этих случаев лучше применять очищенную амилозу, т.к. ее растворы не загустевают, а образуемая с йодом окраска более интенсивна.

В медицине и фармации крахмал применяется для приготовления присыпок, паст (густых мазей), а также при производстве таблеток.

В животном мире роль «запасного крахмала» играет родственный крахмалу полисахарид - гликоген. Гликоген содержится во всех животных тканях. Особенно много его в печени (до 20%) и в мышцах (4%).

Гликоген - состоит из сильно разветвленных цепочек молекул глюкозы. После приема пищи в кровь начинает поступать большое количество глюкозы и организм человека запасает излишки этой глюкозы в виде гликогена. Когда уровень глюкозы в крови начинает снижаться (например, при выполнении физических упражнений), организм с помощью ферментов расщепляет гликоген, в результате чего уровень глюкозы остается в норме и органы (в том числе, мышцы во время тренировки) получают достаточное ее количество для производства энергии. Гликоген откладывается главным образом в печени и мышцах. Он в небольших количествах содержится в животных продуктах (в печени 2-10%, в мышечной ткани - 0,3-1%). Общий запас гликогена составляет 100-120 г. В бодибилдинге имеет значение только тот гликоген, который содержится в мышечной ткани.

Пищевая клетчатка или пищевые волокна относится к питательным веществам, которые, подобно воде и минеральным солям, не обеспечивают организм энергией, но играет огромную роль в его жизнедеятельности. Пищевая клетчатка, которая содержится главным образом в растительных продуктах с низким или очень низким содержанием сахара. Обычно она объединяется с другими питательными веществами. К основным видам клетчатки относятся целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин и пектин.

Целлюлоза присутствует в непросеянной пшеничной муке, отрубях, капусте, молодом горохе, зеленых и восковидных бобах, брокколи, брюссельской капусте, в огуречной кожуре, перцах, яблоках, моркови. Гемицеллюлоза содержится в отрубях, злаковых, неочищенном зерне, свекле, брюссельской капусте, зеленых побегах горчицы.

Целлюлоза и гемицеллюлоза впитывают воду, облегчая деятельность толстой кишки. В сущности, они «придают объем» отходам и быстрее продвигают их по толстому кишечнику. Это не только предотвращает возникновение запоров, но и защищает от дивертикулеза, спазматического колита, геморроя, рака толстой кишки и варикозного расширения вен. Лигнин - данный тип клетчатки встречается в злаковых, употребляемых на завтрак, в отрубях, лежалых овощах (при хранении овощей содержание лигнина в них увеличивается, и они хуже усваиваются), а также в баклажанах, зеленых бобах, клубнике, горохе, редисе. Лигнин уменьшает усвояемость других волокон. Кроме того, он связывается с желчными кислотами, способствуя снижению уровня холестерина, и ускоряет прохождение пищи через кишечник. Камеди содержится в овсяной каше и других продуктах из овса, в сушеных бобах. Пектин присутствует в яблоках, цитрусовых, моркови, цветной и кочанной капусте, сушеном горохе, зеленых бобах, картофеле, землянике, клубнике, фруктовых напитках.

Камеди и пектин влияют на процессы всасывания в желудке и тонком кишечнике. Связываясь с желчными кислотами, они уменьшают всасывание жира и снижают уровень холестерина. Задерживают опорожнение желудка и, обволакивая кишечник, замедляют всасывание сахара после приема пищи, что полезно для диабетиков, так как снижает необходимую дозу инсулина.

2. Свойства углеводов в пищевых продуктах

При переработке и хранении пищевого сырья и продуктов углеводы претерпевают сложные и разнообразные превращения, зависящие от состава углеводного комплекса, температуры и рН среды, влажности, наличия ферментов, присутствия в продуктах других компонентов, взаимодействующих с углеводами (белков, липидов, органических кислот и других). Простые и сложные углеводы содержатся в основном в продуктах растительного происхождения. Единственный полисахарид гликоген имеется в продуктах животного происхождения. Основными процессами, протекающими в углеводах при различных видах технологической обработки и хранения пищевых продуктов, являются следующие: кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов; брожение моно- и дисахаридов; меланоидинообразование; карамелизация. Гидролиз ди- и полисахаридов наиболее распространенный процесс, протекающий в пищевых продуктах при тепловой и холодильной обработке, а также при хранении картофеля, плодов и овощей в охлажденном и замороженном состоянии. Гидролиз ди- и полисахаридов. При нагревании дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) под действием кислот или в присутствии ферментов распадаются на моносахариды.

Сахароза в водных растворах под влиянием кислот присоединяет молекулу воды и гидролизуется на равное количество глюкозы и фруктозы, вращающих плоскость поляризации влево, а не вправо, как сахароза. Такое преобразование называется инверсией, а эквимолекулярная смесь глюкозы и фруктозы инвертным сахаром, который имеет более сладкий вкус, чем сахароза. Полисахариды также при нагревании под действием кислот или в присутствии ферментов подвергаются гидролизу с образованием низкомолекулярных соединений, принимающих участие в обменных процессах. Из высокомолекулярных полисахаридов существенным изменениям подвергаются крахмал и пектиновые вещества.

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n состоит из амилозы и амилопектина, содержит много молекул D-глюкозы, соединенных между собой -глюкозидными связями. В крахмале различных плодов и овощей относительное содержание амилозы и амилопектина колеблется в широких пределах. В растительной ткани крахмал откладывается в запас в виде зерен. Эти зерна содержат 9697% амилозы и амилопектина, белка около 1%, жирных кислот до 0,6% и минеральных веществ до 0,7%. Минеральные вещества в крахмале представлены фосфорной кислотой. В картофельном крахмале ее содержится около 0,18% или в 34 раза больше, чем в крахмале зерновых культур. От количества фосфора зависит степень вязкости крахмала. Крахмальные зерна разных растений заметно различаются по размеру и строению (в картофеле они крупнее, в рисе мельче). С размером крахмальных зерен связаны консистенция картофельного клубня и рассыпчатость после варки. Так, при гидролизе крахмала конечными продуктами распада являются мальтоза и D-глюкоза, затем гидролиз крахмала определяется особенностями строения крахмала, в частности: -амилоза состоит из длинных неразветвленных цепей, в которых все D-глюкозные единицы соединены (14)-связями. В воде амилоза не дает истинного раствора, но образует гидратированные мицеллы.

Амилопектин также образует коллоидные или мицеллярные растворы, его цепи сильно разветвлены: молекулы глюкозы в ветви соединены гликозидными связями (14)-типа, но связи в точках ветвления относятся к (16)-типу. Основные компоненты крахмала могут быть гидролизованы ферментативным путем двумя способами. Амилоза может быть гидролизована ферментом -амилазой ( (14)- глюкан-4-глюканогидролаза) с разрывом (14)-связи амилозных цепей и с образованием глюкозы и мальтозы. Кроме того, амилоза может быть гидролизована ферментом -амилазой ( (14)-глюканмальтогидролаза) до декстринов и мальтозы. Декстрины это полисахариды с промежуточной длиной цепи, образующиеся в результате действия амилаз. Амилопектин также гидролизуется - и -амилазами до остаточного декстрина конечного продукта гидролиза, представляющего собой крупную, сильно разветвленную "сердцевину" полисахарида. Это связано с тем, что - и -амилазы не способны расщеплять (16)-связи, имеющиеся в точках ветвления амилопектина. (16)-связи, находящиеся в точках ветвления, гидролизуются особыми ферментами: (16)-глюкозидами. При совместном действии - амилазы и (16)-глюкозидазы амилопектин может быть полностью расщеплен до мальтозы и глюкозы. Конечные продукты гидролиза (мальтоза и глюкоза) могут образовываться при нагревании крахмалсодержащих продуктов в кислой среде. При варке пищевых продуктов происходит насыщение растительных клеток водой: амилоза растворяется в горячей воде при температуре 6080°C, амилопектин образует при этих же условиях набухшую студенистую массу клейстер. Поглощение воды клейстеризующимся крахмалом достигает 100200%. В кислой среде крахмал гидролизуется до конечных продуктов неферментативным путем, на чем основан один из методов определения содержания крахмала в пищевых продуктах. Пектиновые вещества представляют собой полимерные соединения с молекулярной массой от 10 до нескольких сотен тысяч и состоят в основном из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных -14-гликозидной связью. Свободные карбоксильные группы полигалактуроновой кислоты могут образовывать сложные эфиры со спиртами (этерификация). Степень этерификации метанолом карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты изменяется в широких пределах в зависимости не только от вида плодов и овощей, но и от их органов. Номенклатура пектиновых веществ основана на степени метоксилирования карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты.

Пектиновая кислота высокомолекулярная полигалактуроновая кислота, часть карбоксильных групп которой этерифицирована метиловым спиртом. Она хорошо растворима в воде. Пектовая кислота это полигалактуроновая кислота без метоксильных групп. Растворимость пектовой кислоты меньше, чем пектиновой. Пектовая кислота образует соли пектаты.

Пектины пектиновые кислоты, карбоксильные группы которых в различной степени метоксилированы и нейтрализованы. Протопектин условное название соединений, характеризующихся в основном нерастворимостью в воде и способностью при осторожном гидролизе образовывать пектиновые кислоты. Наибольшее количество пектиновых веществ находится в плодах и корнеплодах. Они входят в состав клеточных стенок и межклеточных образований растений совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином. Протопектины входят в состав первичной клеточной стенки и межклеточного вещества, а растворимые пектиновые вещества содержатся в клеточном соке. Получают пектиновые вещества из яблочных выжимок, свеклы, корзинок подсолнечника. Пектиновые вещества способны образовывать гели в присутствии кислоты и сахара при соблюдении определенного соотношения. На этом основано их использование в качестве студнеобразующего вещества в кондитерской и консервной промышленности для производства мармелада, пастилы, желе и джемов, а также в хлебопечении, сыроделии. При созревании и хранении плодов нерастворимые формы пектина переходят в растворимые. Переход нерастворимых форм в растворимые происходит при тепловой обработке растительного сырья, осветлении плодово-ягодных соков. Протопектин гидролизуется до пектиновых кислот, пектин и пектиновые кислоты до галактуроновой кислоты, L-арабинозы и D-галактозы.

При кислотном гидролизе гемицеллюлозы образуются манноза, галактоза, арабиноза, ксилоза, а также полиурониды.

Клетчатка (целлюлоза) представляет собой неразветвленную цепь, образовавшуюся из многих молекул глюкозы, соединенных - 14-связью. Клетчатка составляет главную массу клеточных стенок растений, не растворяется ни в одном из растворителей, за исключением аммиачного раствора окиси меди (реактив Швейцера), не подвергается гидролизу при переработке плодов и овощей.

Распад пектиновых веществ в плодах и овощах протекает под действием пектолитических ферментов: протопектиназы, расщепляющей протопектин до пектина; пектинметилэстеразы, полиметилгалактуроназы и пектинлиазы, расщепляющим пектин до пектиновых кислот; полигалактуроназы и пектатлиазы, разрушающим пектиновые кислоты. Вследствие превращений и распада пектиновых веществ изменяются консистенция и влагоудерживающая способность тканей, вязкость протоплазмы, снижается механическая устойчивость плодов и овощей, повышается интенсивность испарения влаги.

На интенсивность гидролитических процессов углеводов влияют вид, сорт, физиологическое состояние, температура, газовый состав среды. Эти процессы замедляются при переходе овощей в состояние покоя и увеличиваются при выходе из него, при перезревании плодов. В процессе тепловой обработки овощей и плодов в зависимости от рН среды полисахариды пектиновые вещества и гемицеллюлоза подвергаются деструкции, в результате которой образуются продукты, обладающие различной растворимостью.

3. Содержание углеводов в пищевых продуктах

В питании человека и животных углеводы составляют основную массу пищи. За счет углеводов обеспечивается 1/2 суточной энергетической потребности пищевого рациона человека. Углеводы способствуют предохранению белка от трат на энергетические цели. В сутки взрослому человеку необходимо 400-500 г углеводов (в том числе крахмала - 350-400г, сахаров - 50-100 г, других углеводов - 25 г), которые должны поступать с пищевыми продуктами. При тяжелой физической нагрузке потребность в углеводах возрастает. При избыточном введении в организм человека углеводы могут превращаться в жиры или откладываться в небольших количествах в печени и мышцах в виде животного крахмала - гликогена. С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы - моно и дисахариды, крахмал, гликоген.

Неусваиваемые - целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектин, гумми, слизи. В пищеварительном тракте человека усваиваемые углеводы (за исключением моносахаридов) расщепляются под действием ферментов до моносахаридов, которые через стенки кишечника всасываются в 2 кровь и разносятся по всему телу. При избытке простых углеводов и отсутствии расхода энергии часть углеводов превращается в жир или откладывается в печени как запасной источник энергии на временное хранение в виде гликогена. Неусваиваемые углеводы организмом человека не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют так называемые «пищевые волокна». Пищевые волокна стимулируют моторную функцию кишечника, препятствуют всасыванию холестерина, играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов, способствуют выведению из организма токсичных элементов.

Суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г. Животные продукты содержат мало углеводов, поэтому основным источником углеводов для человека служит растительная пища. Углеводы составляют три четверти сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах. В растениях углеводы накапливаются как запасные вещества (например, крахмал) или они грают роль опорного материала (клетчатка).

Таблица 1 ? Содержание углеводов

Название продукта	Содержание углеводов, г на 100 г продукта
	Крахмал	Сахар	Неусваиваемые углеводы	Всего
Мука пшеничная	67-68	1,7-1,8	0,1-0,2	73-74
Макароны	62-69	1,7-4,6	0,1-0,2	72-75
Рис	55	3	4-10	63-64
Гречка	63-64	2	1-2	67-68
Кукуруза	57	2,5-3,0	6-10	67-70
Яблоки	0,2	14,90	1,7	11-17
Персики	-	15,8	1,6	17-18
Виноград	-	15,6-24,0	1,2	17-25
Лимоны	-	2,1	1,6	3-4
Земляника	-	6,5	3,0	9-10
Картофель				14-25

Главными усваиваемыми углеводами в питании человека являются крахмал и сахароза. На долю крахмала приходится примерно 80 % всех потребляемых человеком углеводов. Крахмал является главным энергетическим ресурсом человека. Источники крахмала - зерновые, бобовые, картофель.

Моносахариды и олигосахариды присутствуют в зерновых в относительно малых количествах. Сахароза обычно поступает в организм человека с продуктами, в которые она добавляется (кондитерские изделия, напитки, мороженое). Продукты с высоким содержанием сахара являются наименее ценными из всех углеводных продуктов. Известно, что необходимо увеличивать содержание в рационе пищевых волокон. Источником пищевых волокон являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Хлеб из цельного зерна с точки зрения содержания пищевых волокон гораздо более ценен, чем хлеб из муки высших сортов. Углеводы плодов представлены в основном сахарозой, глюкозой, фруктозой, а также клетчаткой и пектиновыми веществами. Имеются продукты, состоящие почти из одних углеводов: крахмал, сахар, мед, карамель.

Животные продукты содержат значительно меньше углеводов, чем растительные. Одним из главнейших представителей животных крахмалов является гликоген. Мясной и печеночный гликоген своим строением похожи на крахмал. А в молоке содержится лактоза: 4,7 % - в коровьем, 6,7 % - в человеческом. Свойства углеводов и их превращения имеют большое значение при хранении и производстве пищевых продуктов.

Так, во время хранения плодов и овощей происходит потеря массы в результате расхода углеводов на процессы дыхания. Превращения пектиновых веществ обуславливают изменение консистенции плодов.

4. Влияние углеводов на организм человека

Углеводы - это основной источник энергии, который необходим для нормальной стабильной работы внутренних органов. Кроме того, углеводы способствуют укреплению мышц, стабилизируют деление клеток и нормализуют динамику роста. Их расщепление является довольно быстрым процессом, во время которого высвобождается большое количество энергии.

Если определенный продукт содержит большое количество углеводов, то очень быстро наступит ощущение сытости, при этом отсутствуют чувство переедания или тяжести. Также очень важным является тот факт, что после употребления в пищу таких продуктов отсутствует послеобеденная депрессия, то есть вялое состояние, сонливость и усталость. Как правило, послеобеденная депрессия вызвана тем, что все силы организма направлены на усвоение и переваривание еды. В некоторых случаях появление такого состояния просто недопустимо, например, при сдаче экзамена или при проведении конференции, когда необходимо быть бодрым и энергичным. В этом случае рекомендуется употреблять в пищу продукты, которые содержат большое количество углеводов. Углеводы в организм человека поступают с определенными продуктами, среди них различают простые и сложные. Немаловажное значение имеют пектины и клетчатка, которые лишь частично перевариваются в кишечнике и являются незначительным источником энергии. Однако они составляют основу пищевых волокон и играют важную роль в питании. Как правило, углеводы содержатся в продуктах растительного происхождения. Быстрые углеводы представляют собой моносахариды и дисахариды. Глюкоза является самым распространенным среди тех, которые человек употребляет в составе пищи. Это универсальный источник энергии, благодаря которому осуществляется питание всех клеток и тканей (особенно тканей головного мозга).

Однако чтобы глюкоза не оказывала негативного влияния на организм, нужно употреблять этот моносахарид в том количестве, которое необходимо для покрытия всех энергетических затрат. Такое количество углеводов поступает в организм лишь при тщательно сбалансированном питании, и основным источником этих моносахаридов являются овощи и фрукты. Если же количество глюкозы превышает необходимый уровень, то в организме запускается совсем другой процесс. Все дело в этом случае в механизме усвоения этого углевода. При попадании в пищеварительный тракт глюкоза практически моментально всасывается в кровь, запуская при этом процесс выработки инсулина - пептидного гормона поджелудочной железы. Другими словами можно сказать, что инсулин перерабатывает глюкозу, превращая ее в сложный полисахарид, который откладывается в печени. При недостатке углеводов (например, при различных диетах) гликоген обратно превращается в глюкозу и является питанием для клеток. При избыточном количестве глюкозы инсулин перерабатывает ее в жирные кислоты, откладывая в организме. Другими словами, лишь небольшая часть углеводов идет на «благие цели», большая часть откладывается в жир. Кроме того, избыток глюкозы может вызвать наркотический эффект, который называется «углеводный голод». При регулярном ее избытке поджелудочная железа вырабатывает все больше и больше инсулина. Последний, в свою очередь, быстро связывает и нейтрализует глюкозу, а его избыток продолжает осуществлять «свободное плавание» по кровеносным сосудам. Свободный инсулин вызывает чувство голода, которое возникает очень быстро, после последнего приема пищи.



5. Изменения углеводов при хранении

При хранении некоторых продуктов происходит процесс кристаллизации сахаров. Кристаллизация сахара в некоторых видах кондитерских изделий и меде ухудшает внешний вид продукта, его консистенцию, вкус.

Кристаллизация может быть двух видов: сахарозной и глюкозной. Сахарозная кристаллизация сопровождается выделением крупных кристаллов сахарозы (варенье, джемы, помадные конфеты). Глюкозная развивается при повышенном содержании (до 40% и выше) инвертного сахара (мед), и в этом случае засахаривание происходит за счет менее растворимого сахара - глюкозы.

При колебаниях температуры во время хранения в мороженном происходит перекристаллизация продукта, увеличиваются размеры кристаллов льда, лактозы, что делает структуру мороженого грубой, а консистенцию более уплотненной - «песчанистость» мороженого.

При хранении пищевых продуктов может происходить неферментативное потемнение, которое может развиваться в результате реакции карамелизации сахаров и реакции меланоидинообразования. Этот процесс протекает при хранении сушеных овощей, картофеля, яичного порошка. Этот процесс можно замедлить понижением температуры хранения, а также блокированием реакционноспособных группировок главных компонентов реакции.

Эффективным ингибитором этого процесса является сернистый ангидрид или сернистая кислота. Они реагируют с карбонильными группами сахаров, блокируют и выводят из реакции.

В послеуборочный период жизни растительных объектов большую роль играет дыхание. Оно связано с деятельностью окислительно- восстановительных ферментов и является важным источником энергии, необходимым для обмена веществ. Основным соединением, подвергающимся окислению при дыхании, является глюкоза.

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ == 6 СО₂ + 6 Н₂О +2819 кДж

В процессе дыхания участвуют не только сахара, но и органические кислоты, белки, жиры и другие соединения. При недостатке кислорода в продуктах наблюдается анаэробное дыхание.

С₆Н₁₂О₆ = 2 С₂Н₅ОН + 2СО₂ +117,2 кДж

Изменения углеводов могут происходить в результате микробиологических процессов - брожения (спиртового, молочнокислого, маслянокислого, уксусного, пропионовокислого). В результате спиртового брожения, вызываемого дрожжами, и некоторыми плесневыми грибами происходит разложение моносахаридов на этиловый спирт и СО₂

С₆Н₁₂О₆ = 2 С₂Н₅ОН + 2СО₂

Часто при хранении спиртовое брожение является причиной порчи пищевых продуктов, например, соков, компотов, варенья, джемов и других изделий, содержащих менее 65% сахаров. Эти продукты приобретают спиртовой привкус, изменяется их консистенция, соки и компоты мутнеют. Оптимальными условиями для протекания этой реакции являются невысокое содержание сахаров (до 15%) и температуры - 20-30?С.

В результате молочнокислого брожения сахара превращаются в молочную кислоту и другие соединения, при масляно-кислом брожении образуется масляная кислота, СО₂ + Н₂, другие вещества.

При хранении плодов и овощей происходит превращение крахмала в сахара. По характеру углеводного обмена особую группу растений составляют овощные - горох и фасоль, а также сахарная кукуруза. При их созревании и хранении происходит превращение не крахмала в сахара, а переход сахаров в крахмал. В клубнях картофеля крахмал превращается в сахара и наоборот. При температуре близкой к 0?С, клубни картофеля приобретают сладкий вкус, если их выдержать некоторое время в тепле, то сладкий вкус исчезает. При хранении плодов, ягод, овощей происходит превращение гемицеллюлоз и пентозанов до арабинозы, гидролиз протопектина до пектина.

Жесткая консистенция незрелых плодов и ягод объясняется большим содержанием в кислотных стенках протопектина. По мере созревания и в процессе хранения под влиянием пектолитических ферментов он переходит в растворимый пектин, вследствие чего плоды становятся мягче. В период старения (перезревания) при длительном хранении растворимый пектин распадается на пектиновую, пектовую кислоты и метиловый спирт, общее количество пектиновых веществ снижается.

При хранении готовых к употреблению крахмалосодержащих продуктов (хлебобулочных изделий, охлажденных кулинарных изделий) - может происходить ретроградация крахмальных ПСХ - переход их из растворимого состояния в нерастворимое вследствие агрегации молекул, обусловленнленной появлением вновь образующихся водородных связей. При этом наблюдается выпадение осадка полисахаридов в основном, амилозы. Процесс может происходить и без видимого образования осадка. Полисахариды в крахмальных студнях высокой концентрации (изделия из теста - хлеб, хлебобулочные изделия) быстро ретроградируют, что приводит к увеличению их жесткости - черствению. Объясняется это тем, что физически связанная вода вытесняется из студня, вследствие чего изделия приобретают более жесткую консистенцию.

Ретроградация крахмала усиливается при замораживании изделий. Неоднократно замораживание и оттаивание приводит к полной и необратимой ретроградации полисахаридов и резкому ухудшению качества изделий. Растворы амилопектина ретроградируют значительно более медленно, чем амилозы. Это позволяет использовать их в процессе приготовления изделий, подлежащих длительному хранению, например, соусов для замороженных блюд. Ретроградированный крахмал менее чувствителен к действию ферментов. Ретроградация - процесс более или менее обратимый. При нагревании часть полисахаридов крахмала растворяются, причем ретроградированная амилоза труднее возвращается в растворимое состояние, чем амилопектин.

Животный крахмал гликоген также подвергается изменениям при хранении - при созревании мяса происходит гликолиз гликогена - превращение его в молочную кислоту в анаэробных условиях.

6. Изменения углеводов при технологической обработки сырья и продуктов

При технологической обработке крахмалосодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию и клейстеризации. Кроме того, в нем могут протекать процессы деструкции.

Интенсивность всех этих процессов зависит от происхождения и свойств самого крахмала, а также от технологических факторов: температуры и продолжительности нагревания, соотношения крахмала и воды, вида и активности ферментов.

При производстве из сырья готовой продукции пищевые вещества претерпевают ряд существенных изменений, в результате которых формируются новые свойства готовой продукции.

Гидролиз сахаров.

В водных растворах дисахариды под действием кислот или в присутствии ферментов распадаются на составляющие их сахара. В водных растворах под действием кислот сахароза присоединяют молекулу воды и расщепляются на фруктозу и глюкозу. Ион водорода кислоты действует при этом как катализатор. Полученная смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром, а процесс его получения - инверсией. Степень инверсии сахарозы зависит от температуры, продолжительности тепловой обработки, вида и концентрации содержащейся в растворе кислоты и концентрации сахарозы. При увеличении температуры, увеличении продолжительности обработки и понижении рН среды скорость инверсии сахарозы значительно увеличивается. Наибольшей инверсионной способностью обладает щавелевая кислота, наименьшей (в 45 раз меньше) - уксусной.

При приготовлении сахарных сиропов высокой концентрации в присутствии фермента инвертозы из сахарозы образуются глюкоза, фруктоза и продукт соединения фруктозы с сахарозой - кестоза. Сироп, приготовленный в результате кислотного гидролиза сахарозы, засахаривается быстрее, чем сироп, приготовленный с инвертозой. Кислотный гидролиз сахарозы происходит при варке компотов, варенья, джемов, повидла, уваривании сахарного сиропа с кислотой. Образующийся инвертный сахар усиливает сладость этих изделий и предохраняет от засахаривания.

Карамелизация сахаров.

При хранении отдельных продуктов питания а также при нагревании сахаров при температуре, превышающих 100?С в слабокислой и нейтральных средах происходит образование сложной смеси продуктов, состав и свойства которых зависят от температуры, продолжительности нагревания, условий нагревания, вида и концентрации сахара, рН среды, присутствия примесей. Этот процесс называется карамелизацией сахаров и в ее результате могут образовываться ангидриды сахаров, оксилитилфурфурол окрашенные (гуминовые) вещества, кислые и другие продукты.

При нагревании глюкозы происходит дегидратация сахара - отщепление одной, 2-х или 3-х молекул воды, взаимодействие продуктов распада между собой и другие сложные превращения, в результате чего образуются ОМФ, муравьиная, левулиновая кислоты продукты конденсации. Из фруктозы образуется молочная кислота. При отщеплении от молекул сахарозы различного количества воды образуются карамелан, карамелен, карамелин, имеющие различную растворимость, цвет, вкус. Продукты карамелизации сахарозы называются жженым сахаром. При нагревании мальтозы, лактозы до высоких температур происходит образование веществ, влияющих на образование аромата - мальтола, усиливающего сладкий вкус, и других веществ - оксилитилфурфурола, изомальтола и так далее.

Меланоидинообразование.

МИО (меланоидинообразование) - реакция взаимодействия альдегидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, аминокислот с образованием различных карбомильных соединений и темноокрашенных продуктов - меланоидинов.

Реакция протекает в несколько стадий, в результате чего образуются сложные соединения имеющие аромат и цвет. На конечной стадии меланоидинообразования наблюдается сложное сочетание различных реакций полимеризации, приводящих к образованию как растворимых, так и нерастворимых красящих веществ. На реакцию МИО влияют различные факторы: температура, рН среды, концентрация реагирующих компонентов, присутствие О₂ и ионов металла, природа углеводов и аминокислот. При невысоких температурах реакция протекает медленно, при температурах, близких к 100?С и выше - ускоряется. С увеличением температуры возрастает накопление красящих веществ, при этом своего максимума они достигают при температуре выше 140?С.

Продукты МИО оказывают различное влияние на органолептические показатели: заметно улучшается качество жареных и тушеных изделий, но ухудшается вкус, цвет, запах бульонных кубиков, мясных экстрактов и других концентратов. Реакция МИО обуславливает аромат сыра, свежевыпеченного хлеба, обжаренных орехов.

Следствием МИО является нежелательное потемнение соков, джемов, желе, сухих фруктов и овощей в процессе их приготовления, изменение их аромата и вкуса, и некоторые потери аминокислот и сахаров.

Изменение крахмала.

При технологической обработке крахмалосодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию, клейстеризации, деструкции. Нативный крахмал практически нерастворим в воде, вследствие гидрофильности он может адсорбцировать до 30% влаги к собственному весу. При нагревании водной суспензии крахмальных зерен до 55?С происходит медленное поглощение ими воды (до 50%) и частичное набухание. При этом повышении вязкости не наблюдается, после охлаждения и сушки крахмал оказывается почти неизменным.

При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температуры от 60 до 100?С) набухание крахмальных зерен ускоряется, они увеличиваются в объеме. Этот процесс набухания необратим, часть крахмальных ПСХ растворяется и они переходят в окружающую среду. Крахмальное зерно увеличивается в размерах в несколько раз, разрушается его кристаллическая структура. Этот процесс называется клейстеризацией крахмала и происходит в интервале температур 55-80?С, при этом резко увеличивается вязкость суспензии. При длительном нагревании крахмального клейстера при температуре более 80?С происходит распад крахмальных зерен и ПСХ, снижается вязкость клейстера.

Под деструкцией крахмала понимают как разрушение крахмального зерна, так и деполимеризацию содержащихся в нем крахмальных псх.

Деструкция крахмала происходит при нагревании его в присутствии воды и при сухом нагреве при температуре большее 100?С, а также может подвергаться деструкции под действием аминолитических ферментов.

Изменение крахмала при сухом нагреве называется декстринизацией. При дестринизации крахмала происходит деполимеризация крахмальных псх и образование пиродекстринов - псх с более короткими цепями. В результате этого способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации снижается.

При приготовлении сухих завтраков обрабатывают продукты под давлением 1,2 Мпа, температура 200?С. В связи с этим крахмал почти полностью теряет способность к набуханию и клейстеризации, а взорванные зерна злаков легко растворяются в холодной воде. Ферментативная деструкция крахмала имеет место при брожении и выпечке теста.

Амилолитические ферменты содержатся в муке, дрожжах, специальных препаратах, добавляемых в тесто для брожения. Ферментативная деструкция крахмала продолжается и при выпечки изделий, особенно на начальной стадии до момента инактивации фермента. При повышенной активности -амилазы образуются продукты деструкции, ухудшающие качество изделий из теста, так как низкомолекулярные крахмальные псх имеют пониженную способность связывать воду и мякиш изделий получается липким, а сами изделия кажутся непропеченными.

Брожение.

Наиболее распространенным способом разрыхления теста для изделий из муки является биологический способ - брожение, вызываемое дрожжами. Через ряд промежуточных превращений крахмала и сахаров муки в результате жизнедеятельности дрожжей в тесте образуются спирт и углекислый газ.

Брожение теста делят на два этапа: от замеса до разделки (созревание теста, накопление в нем вкусовых и ароматических веществ, оптимальное изменение физических свойств) и от начала разделки до определенного этапа выпечки (углекислый газ, образующийся при этом этапе, разрыхляет при выпечки тестовые заготовки).

Спиртовое брожение вызывается комплексом ферментов брожения дрожжей (альдолаза, изомераза, фосфорилаза, дегидогеназа, мальтоза, сахароза), имеющих температуру оптимум 28-30?С. Собственные сахара муки сбраживаются и могут играть существенную роль только на начальном этапе брожения теста. Уже через несколько минут после замеса теста собственные сахара муки и даже сахароза, внесенная по рецептуре, разлагается на простые сахара и сбраживаются, в дальнейшем спиртовое брожение в тесте протекает за счет мальтозы, образующейся из крахмала и декстринов муки в результате амилолиза.

Спиртовое брожение в пшеничном тесте является преобладающим, но одновременно с ним протекает молочно-кислое брожение (молочно-кислые бактерии попадают с мукой, дрожжами из воздуха). Гомоферментативные (истинные) молочно-кислые бактерии образуют только молочную кислоту. Гетероферментативные (неистинные) бактерии образуют не только молочную, но и 25-30% других кислот (уксусную, щавелевую, муравьиную), а также углекислый газ. При выпечки изделий процессы брожения, вызываемые дрожжами, достигают максимума при температуре 35?С, при более высокой температуре до 40?С процессы достаточно интенсивны, а при температуре более 45?С брожение резко замедляется. Оптимум действия молочно-кислых бактерий находится в интервале 40-54?С. По мере прогревания изделий в процессе выпечки действие микрофибры замедляется и процесс брожения прекращается. Крахмальные зерна в тесте уже при температуре 40?С начинают набухать, а по достижении температуры 55?С они клейстеризуются, связывают влагу теста. Уменьшение содержания в тесте свободной воды приводит к образованию сухого эластичного мякиша. Свойства корки определяется реакциями меланоидинообразования, частичной карамелизацией сахаров и термической деструкцией крахмала.

Изменение ПСХ клеточных стенок.

Подвергнутые тепловой обработке овощи и плоды приобретают более мягкую консистенцию, легче раскусываются, разрезаются протираются. Размягчение овощей и плодов обусловлено частичной деструкцией ПСХ клеточных стенок, однако клеточные стенки не разрушаются.

В процессе тепловой обработки глубоким изменениям подвергаются не целлюлозные ПСХ, ГМЦ и ПП. Целлюлоза при тепловой обработке плодов и овощей практически не разрушается, она лишь набухает, поглощая определенное количество воды. После охлаждения целлюлоза частично восстанавливает свою структуру и выделяет поглощенную при набухании воду. ПВ в процессе тепловой обработки изменяют сл:

1) происходит делитоксилирование ПВ, что особенно характерно для обработки в щелочной среде

2) происходит распад водородных связей и солевых мостиков, в структуре ПП

3) происходит гидролиз гликозидных связей и снижение молекулярной массы.

Особенности мекализма деструкции ПВ зависят от степени метоксилирования. В процессе деструкции ПВ образуется значительное количество растворимых веществ.

Деструкция ГМЦ начинается при более высоких температурах, чем деструкция ПП - от 70 до 80?С, при более высоких температурах этот процесс усиливается образуется значительное количество растворимых веществ за счет разрушения химических связей.

На скорость размягчения плодов и овощей влияют технологические факторы:

· Время обработки плодов и овощей в СВЧ аппаратах по сравнению с варкой меньше в 3-10 раз.

· С повышением температуры степень деструкции ПП, ГМЦ возрастают и овощи быстрее размягчаются.

· Щелочная среда способствует размягчению овощей и плодов при температурной обработке так как вызывает демитоксилирование и деколимериз ПВ, а также в щелочной среде легче растворяются ГМЦ. Однако применение щелочной среды должно быть ограничено так как в ней хорошо разрушаются витамины.

· Кислая среда, как правило, приводит к увеличению сроков обработки плодов и овощей и уплотнению их консистенции (уксусная, лимонная, молочная кислоты). Однако при сильном подкислении среды быстрее происходит гидролиз гликорядных связей и протопектин разрушается быстрее, что приводит к ускорению размягчения овощей, что практически не применяется в пищевой промышленности.

· Длительное хранение в воде очищенных плодов и овощей может привести для их отдельных видов к ухудшению развариваемости поверхностных слоев.

· Жесткая вода замедляет процесс размягчения овощей, так как замедляется распад связей (солевых мостиков) в ПП.

· На продолжительность тепловой обработки влияет также строение самого продукта и неодинаковая термоустойчивость клеточных стенок в плодах и овощах различных видов (свекла варится дольше моркови).

Модификация крахмала.

Крахмал весьма чувствителен к воздействию внешних факторов. Крахмалы, свойства которых изменяются в результате специальной обработки, называются модифицированными. При этом изменяется их гидрофильность, способность к клейстеризации, студнеобразованию, а также механические характеристики студней. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, другие ограничивают набухание. Модифицированные крахмалы делятся на две группы:

...