Товарознавство і торговельне підприємництво

Оптична активність моносахаридів  використовується для визначення їх кількості з допомогою поляриметрів, які дозволяють встановити кут повороту поляризованого променя, що пройшов через розчин моносахариду певної концентрації.

Оптична активність моносахаридів  обумовлена особливостями будови молекул, тому проявляється тільки в розчинах.

При нагріванні та випаровуванні  моносахаридів утворюються в'язкі сиропи, а кристалізація не відбувається. Ця властивість використовується при  одержанні карамельної маси.

Моносахариди мають  солодкий смак, тому істотно впливають  на органолептичні властивості тих продовольчих товарів, до складу яких вони входять.

Ступінь солодкості окремих  моносахаридів залежить від структури  молекули відповідного цукру.

Так, згідно з дослідженнями  Бістера Вуда і Валіна, якщо прийняти солодкість сахарози за 100 одиниць, то солодкість фруктози буде 173, глюкози – 74, а галактози – тільки 32.

Завдяки тому, що моносахариди у складі своїх молекул мають  вільний напівацетальний (глікозидний) гідроксил, вони є активними відновниками. При окислюванні моносахаридів утворюються кислоти, а при відновленні – спирти. З глюкози, фруктози і сорбози утворюється спирт сорбіт. Цей спирт, а також ксиліт, який одержують при відновленні пентози (ксилози), мають солодкий смак і використовуються в харчовій промисловості як замінник цукру у виробах для хворих на цукровий діабет.

Завдяки тому, що всі моносахариди здатні вступати в окислювально-відновні реакції, вони одержали назву редукуючих цукрів. Однією з найважливіших властивостей цих цукрів є гігроскопічність. Тому редукуючі цукри використовуються в кондитерській промисловості як антикристалізатори.

Моносахариди зброджуються різними мікроорганізмами (оцтовокислими, молочнокислими, маслянокислими, пропіоновокислими  бактеріями, дріжджами). Порівняно легко  можуть зброджуватись глюкоза і фруктоза, значно важче – галактоза. Ця властивість моносахаридів широко застосовується в харчовій промисловості при виробництві багатьох харчових продуктів (хліб, вино, пиво, кисломолочні вироби та ін.). Але про це треба пам'ятати і при зберіганні харчових продуктів. Так, перетворення вина в оцет, спиртовий запах навіть при короткочасному зберіганні свіжих ягід – це наслідок процесів бродіння.

Моносахариди своїм  напівацетальним гідроксилом можуть вступати в хімічну взаємодію  із спиртами, кислотами, альдегідами, утворюючи сполуки на зразок складних ефірів. Ці сполуки одержали назву глікозидів. Вони відіграють певну роль у формуванні споживчої вартості продовольчих товарів: деякі з них належать до речовин, що зумовлюють колір (енін – в чорному винограді, кверцитин – у покривних лусках цибулі); інші надають продуктам специфічного смаку (синегрин в гірчиці, перці; лимонін в цитрусових; амігдалін в ядрі сливи, вишні).

 

Олігосахариди. До олігосахаридів належать вуглеводи, які у своєму складі мають від 2 до 10 залишків моносахаридів. У харчових продуктах частіше зустрічаються дисахариди (сахароза, лактоза, мальтоза, трегалоза) та трисахариди (рафіноза).

Дисахариди (С₁₂Н₂₂O₁₁) складаються з двох залишків моносахаридів, які з'єднані між собою напівацетальним зв'язком або за рахунок напівацетальних гідроксилів (сахароза, трегалоза), або за рахунок напівацетального і спиртового гідроксиду (мальтоза, лактоза).

Сахароза (буряковий або тростиновий цукор) являє собою глюкозофруктозид, тобто складається з молекули α-глюко-піранози та β-фруктофуранози, які з'єднані кисневим містком, який утворився за рахунок напівацетальних гідроксилів.

Сахароза міститься  в цукрових буряках (до 27%), в цукровій тростині (14—26%), у сорго (9 – 19%), у динях (до 8,5%), у моркві (до 6,5%). Основною сировиною для виробництва сахарози в Україні є цукровий буряк. Добре очищений цукор більш як на 99% складається із сахарози.

Лактоза (молочний цукор) входить до складу молока різних тварин (від 3 до 8%). Молекула лактози складається з молекули α-галактопіранози і α-глюкопіранози.

Водні розчини лактози  з часом темніють, і це впливає  на якість молочних консервів, оскільки при високих температурах лактоза  карамелізується і продукт набуває  коричневого кольору та специфічного смаку.

Мальтоза (солодовий цукор) у вільному вигляді в харчових продуктах не зустрічається. Утворюється як проміжний продукт гідролізу крохмалю при проростанні зерна, картоплі. Ось чому весною картопля часто має солодкий смак. Складається мальтоза з двох залишків α-глюкопіранози.

Трегалоза (грибний цукор, мікоза) входить до складу хлібних дріжджів, грибів, деяких водоростей. Складається трегалоза з двох молекул α-глюкопіранози при утворенні кисневого містка за рахунок напівацетальних гідроксилів.

Трисахариди (С₁₈Н₃₂О₁₆) складаються з трьох залишків моносахаридів. У харчових продуктах з трисахаридів частіше зустрічається рафіноза. Вона входить до складу цукрових буряків, сої, гороху, ядра бавовни.

При виробництві бурякового цукру рафіноза переходить в побічний продукт – мелясу. Під час зберігання буряків кількість рафінози збільшується, що призводить до зменшення виходу цукру. У молекулі рафінози об'єднані залишки трьох моносахаридів: галактози, глюкози і фруктози.

Властивості олігосахаридів. Ця група вуглеводів за своїми фізичними властивостями наближається до моносахаридів. Всі вони розчиняються у воді, а розчини оптично активні. Але ступінь розчинності олігосахаридів різний. Найменшою розчинністю відзначається лактоза. Це часто є причиною появи такого недоліку згущених молочних консервів, як піскуватість. При порушенні технології виробництво (зокрема охолодження) кристалики лактози через недостатню розчинність утворюють явища борошнистості або піскуватості.

Більшість олігосахаридів має нижчу солодкість, ніж моносахариди. Як уже відзначалося, згідно з Бістером Вудом і Валіном, за еталон солодкості взято сахарозу (100 одиниць солодкості). Солодкість мальтози дорівнює 32,5 одиниці, рафінози – 22, а лактози – 16 одиницям.

Олігосахариди мають  різну гігроскопічність. Наприклад, мальтоза дуже гігроскопічна, а хімічно чиста сахароза практично негігроскопічна. Тому для того, щоб відкрита карамель не зволожувалася, її обсипають цукром-піском.

Хімічні властивості  олігосахаридів зумовлюються наявністю  кисневоглікозидного зв'язку (гідроліз) і напівглікозидного гідроксилу (окислення, відновлення, заміщення).

Усі олігосахариди здатні гідролізуватися, утворюючи при  цьому ті моносахариди, із залишків яких вони складались. На приклад, мальтоза утворює дві глюкози, лактоза – галактозу і глюкозу.

При гідролізі сахарози, яка має кут обертання з плюсом, тобто обертає площину поляризованого променя вправо, в одержаній суміші глюкози і фруктози знак обертання змінюється, оскільки фруктоза дужче обертає вліво, ніж глюкоза вправо. Це явище називається інверсією, а одержана суміш рівних кількостей глюкози і фруктози інвертним цукром, який дуже гігроскопічний, солодший, ніж сахароза, менше здатний до кристалізації, тому вводиться до складу кондитерських виробів (варення, повидла, мармеладу) для запобігання зацукровуванню, в тісто – для зменшення швидкості черствіння.

Олігосахариди не можуть зброджуватися різними мікроорганізмами, але після гідролізу утворені моносахариди добре зброджуються.

Внаслідок особливостей утворення деякі олігосахариди (сахароза, трегалоза, рафіноза) нездатні вступати в окислювально-відновні реакції, оскільки на утворення кисневоглікозидного зв'язку в молекулах цих цукрів використані напівглікозидні гідроксиди. Ті ж олігосахариди, при утворенні яких один напівглікозидний гідроксил залишився вільним (мальтоза, лактоза), здатні вступати в окислювально-відновні реакції і називаються редукуючими цукрами.

Характерною властивістю  цукрів є їхня здатність до карамелізації. При нагріванні цукру вище температури  плавлення він спочатку перетворюється в ангідрид, а потім, при втраті приблизно 20% води, в речовину коричневого кольору, гіркого смаку – карамелей. Ця реакція має місце при смаженні кави, випіканні хліба. Карамелей використовується як барвник в лікеро-горілчаній, безалкогольній та кондитерській промисловостях.

При виробництві деяких харчових продуктів (виготовлення ірису, випікання хліба, пастеризація молока), зберіганні (згущеного молока, концентратів, консервів у герметичній тарі) і обробці в хатніх умовах (смаження риби, м'яса, овочів) відбувається реакція меланоїдиноутворення (реакція Майєра), внаслідок чого продукт набуває темного забарвлення і специфічного смаку.

Реакція меланоїдиноутворення являє собою взаємодію глікозидного гідроксилу цукру з аміногрупою  амінокислот, поліпептидів, білків. Цей процес є серією хімічних перетворень з утворенням складних сполук, серед яких провідне місце займають речовини коричневого кольору різних відтінків, які одержали назву меланоїдини.

Утворення меланоїдинів бажане при обсмажуванні риби, м'яса, овочів – з'являється характерний колір і аромат смажених продуктів.

Реакція меланоїдиноутворення не бажана при виготовленні та зберіганні соків, сушених плодів, овочів, бо при  цьому змінюється не тільки колір  продуктів, але й з'являється незвичний  смак і запах, знижується їхня харчова цінність.

Інтенсивність реакції  підвищується зі збільшенням загальної  кількості сухих речовин у  продукті, але зменшення вологи до 2% і нижче призводить до істотного  зниження швидкості цієї реакції.

Чорні продукти, що утворюються  внаслідок цієї реакції, токсичні. При виробництві деяких продуктів для запобігання меланоїдиноутворенню використовують сировину з малою кількістю редукуючих цукрів.

 

Полісахариди – це високомолекулярні продукти поліконденсації моносахаридів, які зв'язані кисневоглікозидними зв'язками в лінійні або розгалужені ланцюжки.

Систематичної хімічної номенклатури полісахаридів немає. Свою назву полісахариди одержали залежно  від того, звідки їх виділили або  у зв'язку з особливостями їх властивостей.

У складі харчових продуктів  ми частіше зустрічаємося з такими полісахаридами, як крохмаль, целюлоза (клітковина), глікоген (тваринний крохмаль), інулін. Всі ці полісахариди в основі своєї молекули мають гексози, тому називаються гексозанами.

Полісахариди зустрічаються  переважно в рослинах. Деякі з них (целюлоза) утворюють опорні тканини, а інші (крохмаль, інулін) виконують роль запасних речовин.

Крохмаль – резервний полісахарид рослин – у значних кількостях міститься в зернових (60 – 80%), картоплі (до 30%). потреби людини у вуглеводах майже на 70% покриваються завдяки крохмалю.

У клітинах рослин крохмаль міститься у вигляді крохмальних зерен форма і розмір яких залежить від виду рослини. Так, наприклад, зерна рисового крохмалю мають найменший розмір, дугасті формою, а зерна картопляного крохмалю овальні, яйцеподібні і найбільші за розміром.

Крохмаль це не однорідна  речовина. У його зерні існує оболонка, яка складається з амілопектину, і внутрішня частина, що складається  з амілози. Співвідношення амілози  і амілопектину залежить від виду рослини, ступеня стиглості зерна чи бульб. Звичайно амілози в крохмальному зерні міститься 17 – 24%, а амілопектину – 76 – 83%. Виняток становлять воскоподібна кукурудза і глютинозний рис, крохмаль яких майже повністю складається з амілопектину.

Амілоза і амілопектин складаються із залишків α-глюкопіранози, але відрізняються будовою своїх молекул та властивостями. Амілоза – це нерозгалужені довгі ланцюги, які побудовані із 1000–1600 залишків глюкози. Вона розчиняється в гарячій воді (при температурі 70–80°С) й утворює слабков'язкі розчини, у присутності йоду синіє.

Молекули амілопектину також побудовані із залишків глюкози, але на відміну від молекул  амілози ці ланцюги дуже розгалужені. Амілопектин має значно більшу молекулярну  масу, бо до його складу входить понад 30000 залишків молекул глюкози. Амілопектин у воді не розчиняється, а тільки набухає, у гарячій воді утворює в'язкий клейстер, йодом забарвлюється у червоно-бурий колір.

Під дією ферменту α-амілази крохмаль гідролізується до декстринів. Спочатку утворюються амілодекстрини, які забарвлюються йодом у фіолетовий колір. Амілодекстрини переходять в еритродекстрини, які при дії йоду дають червоно-бурий колір. Далі з'являються архо- і мальтодекстрини, які не забарвлюються йодом. Фермент α-амілаза викликає гідроліз крохмалю з утворенням мальтози, яка під дією α-амілази перетворюється в кінцевий продукт гідролізу – глюкозу.

Гідроліз крохмалю можна  викликати і дією кислот. При тривалому  кип'ятінні крохмального клейстеру  з кислотами одержують так  звану глюкозну патоку, на відміну від мальтозної патоки, що утворюється при ферментативному гідролізі.

Глікоген (тваринний крохмаль) відкладається в печінці людини (до 20%) і служить запасною речовиною. За будовою молекули дуже схожий з амілопектином, але більш розгалужений і містить меншу кількість залишків глюкопіранози.

При гідролізі глікогену  спочатку утворюються декстрини, а  потім мальтоза і глюкоза.

Целюлоза (клітковина) – основний будівельний матеріал рослинних тканин, її кількість у різних рослинах коливається в широких межах – від 2,0% (в зернових) до 98% (у волосках насіння бавовни). Целюлоза – це нерозгалужений полісахарид, побудований із залишків β-глюкопіранози. Молекули целюлози витягнутої, ниткоподібної форми, з'єднані в пучки, які за допомогою водневих зв'язків утворюють волокна. Тому целюлоза має значну механічну міцність.

Целюлоза не розчиняється у воді і в більшості розчинників. Травними соками людини гідролізується лише частково ніжна нездерев'яніла  клітковина картоплі, капусти й інших  продуктів, а здерев'яніла, тобто просякнута мінеральними солями, лігніном, рутином, не засвоюється. Але наявність целюлози в раціоні харчування людини бажана, оскільки вона поліпшує перистальтику шлунка і допомагає проходженню їжі по шлунково-кишковому тракту. Крім того, целюлоза має властивість виводити з організму холестерин і тим самим запобігати розвитку атеросклерозу.