Эти реакции катализируются кислотами и щелочами и занимают важное место производстве пищевых продуктов. При дегидратации пентоз образуется в основном фурфурол, при дегидратации гексоз – оксиметилфурфурол и другие продукты. Некоторые из образующихся продук­тов обладают определенным запахом и могут поэтому сообщать пище­вому продукту желательный или нежелательный аромат.

При тепловой обработке некоторых пищевых продуктов могут обра­зовываться в значительном количестве ангидросахара, особенно при об­работке в сухом виде продуктов, содержащих D-глюкозу или полимеры на её основе.

При получении глюкозы кислотным гидролизом крахмала, который обычно проводят в сильнокислой среде при высокой температуре, могут в результате деградации углевода могут образовываться изомальтоза и гентиобиоза, что является нежелательным.

5.3 Реакции образования коричневых продуктов

Потемнение пищевых продуктов может иметь место в результате окислительных или неокислительных реакций. Неокислительное или неферментативное потемнение связано с реакциями углеводов и включает явление карамелизации и взаимодействие углеводов с белка­ми или аминами (реакция Майяра).

Карамелизация. Прямой нагрев углеводов, особенно сахаров и сахар­ных сиропов, способствует протеканию комплекса реакций, называемых карамелизацией. Реакции катализируются небольшими концентрация­ми кислот, щелочей и некоторых солей. При этом образуются коричне­вые продукты с типичным карамельным ароматом. При этом основными являются реакция дегидратации с образованием ангидроколец или включение двойных связей в кольца углеводов. В результате образуются соединения, имеющие коричневый цвет.

Реакция Майяра (меланоидинобразование). Реакция Майяра является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых про­дуктов. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего са­хара, аминного соединения (аминокислоты, белки) и немного воды.

На начальной стадии реакции Майяра карбонильный углерод редуцирующего сахара в открытой цепи под­вергается нуклеофильной атаке свободной электронной парой аминно­го азота. Это сопровождается потерей воды и замыканием кольца с обра­зованием глюкозоамина (рис. 2). Глюкозоамин под­вергается перегруппировке по Амадори и переходит в аминокислоту (фруктозоамин). Продукты реакции, полученные при перегруппировке по Амадори, могут далее превращаться по двум путям: один – через дикарбонильные промежуточные соединения (дифруктозоамин), другой – через образование промежуточных дезоксигексозулоз. В обоих случаях образуются меланоидиновые пигменты.

Поскольку в реакции Майяра участвуют белки и аминокислоты, оче­видно, что имеет место определенная их потеря, как нутриента питания и снижение пищевой ценности продукта.

Протекание реакции меланоидинообразования можно ингибировать снижением рН ниже 6 ед., обеспечением в продукте очень низкой или высокой «активности воды», снижением температуры технологического процесса, снижением кон­центрации сахара (разведением) или его полным удалением, например, путём окисления.

Окисление углеводов

Действие окислителей. При определенных условиях возмож­но окисление углеводов в альдоновые кислоты, причем β-форма окисляется быст­рее, чем α-форма. Продуктом окисления является лактон, который находится в равновесии со свободной формой альдоновой кислоты.

Глюконо-β-лактон может присутствовать в пищевых продуктах в уме­ренно кислой среде, когда имеет место медленная реакция, например, при получении некоторых молочных продуктов.

При действии более сильных окислителей (например, азотной кис­лоты) образуются дикарбоновые кислоты.

Окисление, катализируемое ферментами. Здесь прежде всего следует сказать об окислении глюкозы под воздействием глюкозооксидазы.

Процессы брожения

Брожение – процесс с участием углеводов, используемый в ряде пищевых технологий: в производстве кисломолочных продуктов, пива, кваса, спирта, вина, во время тестоприготовления. Различают несколько видов брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое, пропионовокислое и маслянокислое. Наибольшее практическое значение в пищевой промышленности имеют спиртовое и молочнокислое брожение.

Спиртовое брожение осуществляется благодаря жизнедеятельности ряда микроорганизмов. Наиболее типичными организмами спиртового брожения являются дрожжи рода Saccharomyces. Суммарно спиртовое брожение может быть выражено следующим уравнением:

С₆Н₁₂О₆ = 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН

В реальном процессе спиртового брожения, кроме глав­ных продуктов – этилового спирта и углекислого газа, всегда в незначительном количестве образуются другие спирты, а также карбоновые кислоты, от наличия которых зависит специфический аромат вина, пива и других спиртных напитков.

Другой вид брожения, важный для пищевых технологий, это молочнокислое брожение, при котором из одной молекулы гексозы образуются две молекулы молочной кислоты:

Молочнокислое брожение играет очень большую роль при производстве молочнокислых продуктов (простокваши, ацидофилина, кефира, ку­мыса, творога, кисломолочных сыров), при изготовлении кваса, хлебных заквасок и «жидких дрожжей» для хлебопечения, при квашении капусты, огурцов, при силосовании кормов.

Все микроорганизмы, вызывающие молочнокислое брожение, раз­деляются на две группы.

К первой группе принадлежат микроорганизмы, подобные Lactococcus lactis, сбраживающие гексозы в точном соответствии с вышеприведенным суммарным уравнени­ем молочнокислого брожения. Их называют гомоферментативными молочнокислыми бактериями.

Вторую группу образуют гетероферментативные молочно­кислые бактерии, которые, кроме молочной кислоты, образуют значитель­ные количества других продуктов, в частности, уксусной кислоты и этило­вого спирта.