ОСНОВНОЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ.

Крупа. Крупу классифицируют по виду зерна, из которого она выработана. Зерно злаковых культур состоит из плодовых и семенных оболочек, эндосперма и зародыша. Клетки, составля­ющие анатомические части зерна, по своей структуре и анатоми­ческому составу различны. Оболочки представляют собой одре­весневшие клетки, состоящие из клетчатки, гемицеллюлоз, пентозанов, лигнина, неусвояемых организмом человека.

Основная часть зерна — эндосперм, который включает тол­стостенные алейроновые клетки, заполненные алейроновыми зернами, и тонкостенные клетки с находящимися в них крах­мальными зернами и белковыми веществами. Алейроновый слой у ячменя, например, многорядный (2 ... 4 ряда), сохраняется при производстве крупы и во многом определяет кулинарные свойст­ва этой крупы при водно-тепловой обработке.

Белковые вещества и крахмальные зерна находятся в клетках эндосперма в определенном морфологическом соотношении. Белковые вещества представляют собой как бы матрицу, в кото­рую включены крупные и мелкие крахмальные зерна, размеры и форма которых характерны для каждой культуры.

В процессе производства крупы плодовые и семенные обо­лочки удаляют почти полностью, алейроновый слой — частично, зародыш — в значительной степени. Морфологические особен­ности крупы во многом определяют ее кулинарные свойства: водопоглотительную способность, набухаемость, длительность варки и развариваемость. Так, присутствие остаточных участков оболочек зерна и алейронового слоя задерживает продвижение влаги внутрь зерен крупы, а участки, близкие к зародышу, увлаж­няются быстрее.

Крупы, полученные из зерен злаковых культур, состоят в ос­новном из эндосперма. На периферии эндосперма у некоторых круп (пшено, рис, перловая) сохраняется часть алейронового слоя, семенных оболочек и зародыша.

По своему химическому составу крупы относятся к крахма­листым продуктам. В состав крупы в разных соотношениях входят: вода — 12... 15 %, белки — 8... 15, жиры — 1,0...7,0, угле­воды — 60...86, минеральные вещества — 0,6...3,0 %. Белки в крупах представлены в основном глобулинами, глютелинами и проламинами, альбуминов очень мало.

Для белков круп характерно пониженное содержание некото­рых незаменимых аминокислот, особенно лизина и треонина. Белок гречневой крупы отличается уникально сбалансирован­ным набором аминокислот. Высокое содержание цистина и цистеина способствует выведению из организма радионуклидов. Белок пшена богат лейцином, треонином, метионином.

Углеводы крупы не только служат основным энергетическим материалом, но и обусловливают кулинарные свойства крупы и ее усвояемость. Состав углеводов крупы характеризует степень отделения анатомических частей зерновки, а также в той или иной степени свидетельствует о качестве крупы. Например, кру­па из сырья с повышенным содержанием недозрелых или про­росших зерновых содержит больше моносахаридов; в плохо шлифованной крупе повышено содержание целлюлозы, гемицеллюлозы, а также минеральных веществ, которые концентри­руются в оболочках и алейроновом слое.

Липидный состав крупы характеризуется значительным со­держанием ненасыщенных жирных кислот. Входящий в состав липидов пшена милиацин обладает лекарственными свойства­ми, стимулирует рост молодого организма.

Из витаминов в крупах содержатся тиамин (ВО, рибофлавин (В2) и никотиновая кислота PP. В гречневой крупе обнаружен ру­тин благодаря наличию в ней зародыша.

Минеральные вещества крупы характеризуются высоким со­держанием фосфора и сравнительно малым количеством кальция (их соотношение достигает 5:1 при оптимальном 2:1). Кроме то­го, значительная часть фосфора входит в состав фитина, затруд­няющего усвоение кальция. Многие крупы представляют собой богатый источник калия, магния, железа и микроэлементов. По массовой доле зольных элементов более ценной считается греч­невая крупа.

Современный метод ионоэксклюзивной хроматографии по­зволил определить в крупяных экстрактах достаточно широкий спектр органических кислот и Сахаров. Из монокарбоновых кис­лот обнаружены муравьиная, масляная, валериановая. Из оксикислот — молочная, лимонная, яблочная. В экстрактах овсяной и перловой круп обнаружена щавеловоуксусная кислота, в экстрактах риса, пшена, гречневой ядрицы, овсяной и перловой круп — щавелевая.

Таб.10.1. Сорбционная способность крупяных изделий (%)

(Лаврушина, Филичкина, 2000)

Из ароматических кислот найдены галловая, гиппуровая и п-оксибензойная — в экстракте гречневой ядрицы; о-кумаровая — в экстрактах рисовой и овсяной крупы; миндальная — в экстрак­тах гречневой ядрицы и перловой крупы. Количественное содер­жание сахаров, %: сахароза — 0,2...0,7; глюкоза — 0,3...0,8; фрук­тоза — 0,01...0,7, арабиноза — 0,3...0,8. Результаты новейших исследований по содержанию органических кислот и Сахаров в составе экстрактов различных круп позволяют прогнозировать возможный механизм сорбции тяжелых металлов природными сорбентами.

Исследования последних лет показали, что крупяные изделия можно рассматривать как сорбенты экологически вредных веществ. В табл. 10.1 показана сорбционная способность крупяных кулинарных изделий. Величина сорбции перловой крупы почти 100 %. Отмечено, что сорбция металлов крупяными изделиями (кашами) происходит преимущественно на целлюлозной матри­це, крахмальные фракции не только не сорбируют металлы, но и препятствуют сорбции. В сорбции участвуют и другие водонерастворимые компоненты круп — некоторые белки, гемицеллюлозы.

В настоящее время зерновые культуры и крупы рассматри­вают как основной источник поступления в организм человека пищевых волокон (ПВ). Роль пищевых волокон в питании мно­гообразна. Она состоит не только в частичном снабжении орга­низма человека энергией, выведении из него метаболитов пищи и загрязняющих веществ, но и в регуляции физиологических и биохимических процессов в органах пищеварения. Наибольшее количество ПВ поступает из продуктов зернового происхожде­ния и в меньшей степени — из овощей и фруктов.

Пищевые волокна представляют собой комплекс биополиме­ров, включающий полисахариды (целлюлозу, гемицеллюлозу, пектиновые вещества), а также лигнин и связанные с ним белко­вые вещества.

Содержание пищевых волокон в некоторых продуктах пере­работки хлебных злаков составляет, г/100 г сухого вещества: бе­лая мука 72%-ная — 3,5; отруби отработанные — 30,6; овсяная крупа — 7,2; рис — 2,7; рожь — 12,7; кукурузная мезга — 25,0; оболочки гречихи — 75,0; гороха — 60,0; сои — 50,0.

Пищевые волокна обладают следующими свойствами:

· способны связывать ионы свинца, кадмия и других тяжелых металлов, нитраты, нитриты, аммиак, радионуклиды стронция, цезия и многие органические вещества, в том числе фенолы, формальдегид;

· способны снижать в организме накопление радиоактивных веществ, т. е. обладают радиопротекторными свойствами;

· способны сорбировать и выводить из организма холевые (желчные) кислоты и тем самым понижать содержание холестерина в крови и замедлять развитие атеросклероза.

Отличительная особенность химического состава круп — присутствие в них слизистых веществ, или камедей. Камеди — полисахариды, близкие по составу к гемицеллюлозам, но спо­собные набухать, образовывать гели и клейкие растворы с высо­кой вязкостью «слизи». Они содержат большие гибкие молеку­лы, у которых водородные связи насыщены молекулами воды. В результате набухания при комнатной температуре слизи могут поглощать до 800 % воды, в то время как крахмал при этих усло­виях — 30...35 %, а белковые вещества — 200...250 %. Слизистые вещества являются одним из структурных элементов клеточных стенок и играют значительную роль в обеспечении межклеточ­ных связей в эндосперме крупы.

Бобовые. Для структуры бобовых характерно наличие семенной оболочки различной толщины. Семенная оболочка состоит из палисадных клеток в виде трубчатых каналов, при­жатых друг к другу, с небольшими пустотами между ними. Ис­следования микроструктуры фасоли на электронном сканиру­ющем микроскопе показали, что ткань семядоли состоит из крупных толстостенных клеток овальной формы, наименьший диаметр клеток 40...50 мкм, наибольший — 90... 100 мкм, за­полнены они крахмальными зернами, зернистыми белковыми образованиями и плотной белковой матрицей. Между клетками находятся пустые пространства (межклетники) в виде слегка деформированного треугольника. Поверхность крахмальных зерен негладкая, визуально шероховатая. Крахмальные зерна округлой удлиненной формы, минимальный диаметр 14... 20 мкм, максимальный — 25...30 мкм. Стенки клеток плотные, толщина в пределах 1 мкм. Более толстая и плотная семенная оболочка отмечена у сортов фасоли, требующих длительной варки.

Бобовые отличаются значительным содержанием белка, ко­личество которого достигает в горохе 20...35,7 %, в фасоли — 21...28,2, чечевице — 25,3...34,6, сое — 30...40 %. Белок бобовых состоит в основном из водорастворимых и солерастворимых фракций. Бобовые служат хорошим источником таких незаме­нимых аминокислот, как лизин, валин, лейцин, фенилаланин. Липидов в бобовых содержится 0,5...2,5 %, преобладают непре­дельные жирные кислоты (60...80 %).

Основную массу сухого вещества бобовых составляют угле­воды: сахара, крахмал, гемицеллюлоза, клетчатка, пектиновые ве­щества. Содержание крахмала 30...55 %, пектиновых веществ — 3,5...5, гемицеллюлозы — 1,2...8,8, клетчатки — 1,2...7,7 %. Минеральные вещества бобовых представлены макроэлементами (калий, фосфор, кальций, магний) и микроэлементами (цинк, железо). В бобовых содержатся почти все витамины группы В, а также ниацин, токоферол, аскорбиновая кислота.

Характерная особенность химического состава бобовых — присутствие в них антипитательных веществ белковой приро­ды — ингибиторов ферментов желудочного тракта. Ингибиторы образуют с ферментами, расщепляющими белки, устойчивые со­единения, лишенные ферментативной активности. Они устой­чивы к протеолитическому расщеплению, воздействию высокой температуры, обработке щелочами, солями, кислотами. При употреблении сои пищеварительная система человека значи­тельно угнетается, длительное употребление может привести к увеличению поджелудочной железы, поэтому сою перед упот­реблением подвергают обработке при высоких температурах. В семенах бобовых отмечена самая высокая активность ингиби­торов трипсина: фасоль — 0,5...4,6 мг/г, горох — 0,2...4,5, чина — 8,8, соя — 11,2...38,0. Для сравнения: в картофеле — 1,3...8,6, ка­пусте — 1,8...2,1, свекле — 0,188 мг/г.

Бобовые, как и крупы, могут быть хорошими адсорбатами тя­желых металлов, в частности свинца. Установлено, что количест­во свинца, связанного клеточными стенками вареной фасоли, может достигать 60...70 % к исходному.

Макаронные изделия. Пищевая ценность макаронных изделий определяется содержанием в них (г на 100 г продукта) белков — 10,4...11,8, жиров — 1,1...2,8, углеводов — 71,8...75,1. Влажность макаронных изделий не должна превышать 13 %. Ка­чество макаронных изделий зависит от вида используемой муки (из твердой, высокостекловидной, мучнистой, мягкой пшени­цы), различных обогатителей и пищевых добавок. Влажность те­ста для производства макаронных изделий 28...35 %.

Крахмал муки в этих условиях характеризуется слабой спо­собностью к набуханию. Он связывает воду адсорбционно, в ос­новном благодаря активности гидрофильных групп, и в микро­капиллярах. Тесто для макарон представляет собой гидратированный белковый студень клейковины, обволакивающий и склеивающий между собой зерна увлажненного крахмала. Даль­нейшая технология сушки и прессования при производстве ма­каронных изделий приводит к частичной денатурации белков и нарушению целостности крахмальных зерен.

ЗАМАЧИВАНИЕ КРУП И БОБОВЫХ

Замачивание и варка относятся к тем процессам, которые способны изменить структуру крупы и бобовых и вызвать раз­мягчение тканей. Структура растительного продукта зависит от состава и строения его клеток и, прежде всего от физического состояния полимеров. При взаимодействии крупы и бобовых с водой они набухают. Набухание — поглощение жидкости, со­провождающееся значительным увеличением объема и массы тела (продукта). Механизм набухания заключается во взаимном растворении высокомолекулярного вещества и дисперсной сре­ды. Скорость диффузии молекул воды намного превосходит ско­рость диффузии молекул полимера. В результате вода односто­ронне диффундирует в тело, гидратируя полярные участки со­ставляющих его макромолекул. При этом гибкие молекулы тела отодвигаются друг от друга, связь между ними ослабевает, объем тела увеличивается — оно набухает.

Рис.10.1. Авторадиограмма и кривые локального внутреннего влагосодержания в перловой крупе (поперечный срез зерна):

W — влагосодержание, %;

l_отн — относительная длина поперечного среза ядра крупы

Способность крупы и бобовых поглощать воду при замачива­нии объясняется гидрофильными свойствами содержимого кле­ток и клеточных стенок: белковых веществ, крахмала, пектино­вых веществ, гемицеллюлозы, клетчатки. Для крупы и бобовых характерно ограниченное или предельное набухание, при кото­ром набухшее тело остается в состоянии студня, в отличие от не­ограниченного, когда после набухания тело полностью переходит в раствор. Ограниченное набухание сопровождается частичным растворением полимеров, входящих в состав крупы и бобовых. Так, в процессе промывания крупы в воду частично переходят белки, крахмал, сахара и другие пищевые вещества. Сухой оста­ток промывных вод может содержать до 41 % крахмала, до 33 % азотистых веществ, до 13 % сахара. При замачивании фасоли в течение 10 ч извлекается 12 %.азота главным образом за счет не­белковых веществ.

Рис. 10.2. Авторадиограммы и кривые локального внутреннего

влагораспределения в рисовой крупе (продольный срез зерна).

Потери витаминов (В₁ В₂, РР) при замачивании бобовых в мягкой воде больше, чем в жесткой. При промывании крупа поглощает воду и ее первоначальная масса увеличивается в сред­нем на 15...30 %. Если процесс промывания крупы занимает 10... 15 мин, количество поглощенной влаги составляет, %: пше­ном — 38...39, рисом — 29...33, овсяной крупой — 28...34, гречне­вой — 28...31, перловой — 28...29. В большей степени изменяет­ся первоначальная масса при промывании пшена, в меньшей — перловой крупы. Для насыщения влагой в процессе замачивания при температуре 20 °С перловой крупы требуется 7...8 ч, пшена — 30...40 мин, риса —1ч. Остальные крупы занимают промежуточ­ное положение.

Поглощение влаги и ее продвижение внутрь зерен крупы в процессе замачивания протекает у разных видов крупы неодина­ково. На рис. 10.1 и 10.2 представлены авторадиограммы и кривые локального внутреннего влагораспределения в перловой и рисо­вой крупах в зависимости от длительности замачивания в воде температурой 20 0С. Влага проникает в зерна перловой крупу рав­номерно по всей поверхности, но распределение ее по всему общ­ему происходит очень медленно, что приводит к значительней локализации влаги в наружных слоях зерна. Так, 30-минутное зама­чивание вызывает увеличение влагосодержания в наружных уча­стках зерна перловой крупы до 29 %, а в центре только на 2...2,5 %. Распределение влаги в зернах рисовой крупы происходит не­равномерно. ^Перепад влажности между центральными участка­ми и периферийными в первые 10 мин увлажнения составляет 4,5...5 %. Через 20 мин эта разница значительно сокращается и составляет менее 1,5 %. Это свидетельствует о быстром перерас­пределении влаги по всему объему зерна крупы. Наличие в зерне риса участков, влагосодержание которых способно в разной мере изменяться в процессе увлажнения (мучнистая часть эндоспер­ма, участки, близкие к зародышу), приводит к неравномерному характеру процессов, сопровождающих перенос влаги. Измене­ния внутренних механических напряжений при крайне тонкой клеточной структуре эндосперма и недостаточном количестве межклеточных связующих веществ, роль которых в перловой крупе выполняют слизистые вещества, приводит к скачкообраз­ному поступлению воды (см. рис. 10.2) с образованием микро­трещин, способствующих раскалыванию зерна на отдельных участках. Причиной образования трещин при увлажнении риса считают мгновенно возросшее осмотическое давление в сочетании с градиентом концентрации влаги. Влага является основным фактором, вызывающим размягчение зерен крупы. Так, обычное 30-минутное замачивание в воде температурой 20 °С снижает мик­ротвердость зерен рисовой крупы в 3,5 раза, перловой — в 1,5 раза по сравнению с первоначальной.

Рис. 10.3. Изменение объема (1) и массы (2) гороха

различных сортов при замачивании:

3 — Торсдаг III; 4 — Хеле; 5 — Стендский Геро

Объем и масса бобовых, так же как и круп, при замачивании увеличивается в результате поглощения влаги. На рис. 10.3 пред­ставлены данные о приращении объема и массы гороха различ­ных сортов при замачивании в воде комнатной температуры. Для бобовых характерно опережающее увеличение массы. Так, 6-ча­совое замачивание при комнатной температуре увеличивает мас­су бобовых в среднем, %: гороха — на 90... ПО, фасоли — на 70...98, чечевицы — на 80...91. Вода проникает внутрь семян бобовых че­рез семенную оболочку, толщина которой влияет на интенсив­ность продвижения влаги.

На рис. 10.4 показано изменение влагосодержания при зама­чивании двух сортов фасоли: Лиахви и Цители-41 — с различной толщиной семенной оболочки — соответственно 50 и 80 мкм. Наименьшее изменение влагосодержания наблюдается у сорта Цители-41 с более толстой семенной оболочкой, особенно в пер­вые часы замачивания. Сорта фасоли и гороха, проявившие в процессе замачивания меньшую способность к изменению влагосодержания и приращению массы, при тепловой обработке обычно дольше варятся.

Рис. 10.4. Изменение влагосодержания фасоли в зависимости от продолжительности замачивания:

1 — сорт Лиахви;

2 — сорт Цители-41

ВАРКА КРУП И БОБОВЫХ

Варка круп и бобовых сопровождается изменением их физи­ко-химических свойств и приводит, прежде всего, к размягчению структуры зерен крупы и семядолей бобовых, изменению их кон­систенции и массы. Повышение температуры ускоряет продви­жение влаги внутрь зерен крупы и семядолей бобовых, интенсив­нее протекает процесс набухания белковых веществ и углеводов клеточных стенок, а также начавшаяся клейстеризация крахма­ла. Белки в процессе варки денатурируют, а поглощенная им« влага выпрессовывается и поглощается клейстеризующимся крахмалом. Медленное распределение влаги внутри зерен кру­пы задерживает процессы физико-коллоидной природы, сопро­вождающие варку, и тем самым удлиняет продолжительность варки отдельных видов круп. Скорость распределения влаги в зернах перловой крупы в 2...3 раза меньше, чем в зернах риса (табл. 10.2).

Таб.10.2. Скорость внутреннего влагораспределения в перловой и рисовой крупах при замачивании водой разной температуры (м/с)

На длительность варки оказывает влияние толщина клеточных стенок. Способность к сохранению клеточной структуры 0 процессе варки определяет консистенцию и внешний вид конечного продукта, эластичность и упругость ткани отдельного зерна крупы. На рис. 10.5 приведена электронная микрофотография зерна вареной перловой крупы. Как видно из рисунка, клеточные стенки сильно набухают, но сохраняют свою структуру. Эта особенность перловой крупы обеспечивает хорошую сохран­яемость формы ее зерна на протяжении всего периода варки. У крупы с тонкой клеточной структурой, например рисовой, в процессе варки происходит частичный разрыв клеточных стеной под давлением оклейстеризованного крахмала, что приводит к нарушению формы и целостности зерен. Следует также заметить, что начальная температура клейстеризации крахмала у пер­ловой крупы (65 °С) ниже, чем у рисовой (70...85 °С), поэтому на­чавшийся процесс клейстеризации также может задерживать продвижение влаги к центру зерна крупы. Несмотря на более высокую температуру клейстеризации рисового, крахмала, этот процесс в клетках эндосперма рисовой крупы заканчивается бы­стрее и протекает с большим изменением крахмальных гранул, чем в клетках вареной перловой крупы.

Слизистые вещества в крупах образуют растворы различной относительной вязкости (табл. 10.3).

Анализ данных таблицы показывает, что из перловой крупы извлекается в 4 раза больше слизей, чем из рисовой. Относитель­ная вязкость 1%-ного раствора перловых слизей при 20 °С соста­вила 19...20, а у риса близка к единице. Повышение температуры до 75 °С снижает вязкость раствора слизей перловой крупы, но она остается высокой. Повышение температуры не отражается на вязкости слизистых веществ рисовой крупы.

Сравнение относительной вязкости 1%-ного раствора слизей и 1%-ного раствора крахмала при температуре 75 °С показало, что вязкость перловых слизей в этих условиях выше вязкости раствора крахмала более чем в 10 раз. Вязкость раствора рисовых слизей меньше вязкости крахмального клейстера в 2 раза. Есть основания предполагать, что роль слизистых веществ риса в про­цессах внутреннего влагораспределения между основными ве­ществами, входящими в химический состав ядра крупы, незна­чительна, в то время как в перловой крупе слизистые вещества, входя в состав клеточных стенок, обладая высокой вязкостью растворов и поглощая значительное количество влаги, задержи­вают продвижение влаги внутрь зерна крупы и удлиняют продол­жительность варки. Овсяная крупа в процессе варки ведет себя примерно так же, как перловая.

Рис. 10.5. Поперечный срез ядра вареной перловой крупы. Увеличение х 500:

А — клеточная стенка; Б — оклейстеризованный крахмал

Таб.10.3. Содержание слизистых веществ в крупе и их реологическая характеристика

ДЕСТРУКЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ СТЕНОК КРУПЫ И БОБОВЫХ

В процессе варки под действием проникающей влаги и тем­пературы происходит деструкция клеточных стенок. Подробно механизм этой деструкции рассмотрен выше. Степень деструкции зависит от состава клеточных стенок. В клеточных стенках крупы преобладают гемицеллюлозы, деструкция их протекает с образованием растворимых фракций; одновременно идет про­цесс набухания клетчатки, слизистых веществ. Термоустойчи­вость клеточных стенок также зависит от их состава. Так, уста­новлено, что овсяная и перловая крупы, в клеточных стенках которых содержится больше клетчатки и слизистых веществ, варят­ся дольше, чем другие крупы. Изменение содержания клеточных стенок (степень деструкции) в крупах в зависимости от продол­жительности варки представлено на рис. 10.6. Начальный период гидротермической обработки характеризуется заметным сниже­нием количества определяемых клеточных стенок. В дальнейшем деструкция клеточных стенок замедляется и к моменту готов­ности каши остается практически постоянной.

Рис. 10.6. Степень деструкции клеточных стенок овсяной (а) и перловой (б)