Struktura škrobových zrn a vlastnosti škrobových polysacharidů.

Škrob se nachází ve významném množství v obilovinách, luštěninách, mouce, těstovinách a bramborách. Nachází se v buňkách rostlinných produktů ve formě škrobových zrn různých velikostí a tvarů. Škrobová zrna jsou složité biologické útvary, které zahrnují polysacharidy amylózu a amylopektin a malá množství doprovodných látek (kyselina fosforečná, kyselina křemičitá aj., minerální prvky aj.). Škrobová zrna mají vrstvenou strukturu. Vrstvy se skládají z radiálně uspořádaných částic škrobových polysacharidů, které tvoří základy krystalické struktury. Díky tomu má škrobové zrno anizotropii (dvojlom).

Vrstvy tvořící zrno jsou heterogenní: ty, které jsou odolné vůči zahřívání, se střídají s těmi, které jsou méně stabilní, a ty, které jsou hustší, se střídají s těmi, které jsou méně husté. Vnější vrstva je hustší než vnitřní a tvoří obal zrna. Všechna zrna jsou prostoupena póry a díky tomu jsou schopna absorbovat vlhkost. Většina druhů škrobu obsahuje 15-20 % amylózy a 80-85 % amylopektinu. Škrob voskovitých odrůd kukuřice, rýže a ječmene se však skládá převážně z amylopektinu a škrob některých odrůd kukuřice a hrachu obsahuje 50–75 % amylózy.

Molekuly škrobových polysacharidů se skládají z glukózových zbytků spojených navzájem dlouhými řetězci. Molekuly amylózy obsahují v průměru asi 1 tisíc takových zbytků. Čím delší je amylózový řetězec, tím je méně rozpustný. Molekuly amylopektinu obsahují podstatně více zbytků glukózy. Navíc v molekulách amylózy jsou řetězce přímé, zatímco v amylopektinu jsou rozvětvené.

Široké použití škrobu v kulinářské praxi je způsobeno komplexem technologických vlastností, které jsou pro něj charakteristické: bobtnání a želatinizace, hydrolýza, dextrinizace (tepelná destrukce).

Bobtnání a želatinace škrobu.

Otok – jedna z nejdůležitějších vlastností škrobu, která ovlivňuje konzistenci, tvar, objem a výtěžnost hotových výrobků.

Při zahřátí škrobu s vodou (škrobová suspenze) na teplotu 50-55 °C škrobová zrna pomalu absorbují vodu (až 50 % své hmoty) a v omezené míře bobtnají. V tomto případě není pozorováno žádné zvýšení viskozity suspenze. Toto bobtnání je reverzibilní: po ochlazení a vysušení zůstává škrob prakticky nezměněn.

Škrobová zrna při zahřátí z 55 na 80 °C absorbují velké množství vody, několikanásobně zvětší svůj objem, ztrácejí krystalickou strukturu, a tedy anizotropii. Suspenze škrobu se změní na pastu. Proces jeho vzniku se nazývá želatinizace. Želatinizace je tedy destrukce nativní struktury škrobového zrna, doprovázená bobtnáním.

Teplota, při které je zničena anizotropie většiny zrn, se nazývá teplota želatinace. Teplota želatinace různých druhů škrobu není stejná. Takže želatinace bramborového škrobu nastává při 55-65 °C, pšenice – při 60-80, kukuřice – při 60-71, rýže – při 70-80 °C.

Proces želatinace škrobových zrn probíhá ve fázích:

1) při 55-70 °C zrna několikanásobně zvětší objem, ztrácejí optickou anizotropii, ale stále si zachovávají svou vrstevnatou strukturu; ve středu škrobového zrna se vytvoří dutina („bublina“); suspenze zrn ve vodě se mění na pastu – nízko koncentrovaný sol amylózy, ve kterém jsou distribuována nabobtnalá zrna (první stupeň želatinace);

2) při zahřátí nad 70 °C za přítomnosti značného množství vody se škrobová zrna zvětší desetinásobně, vrstvená struktura zmizí a viskozita systému se výrazně zvýší (druhý stupeň želatinace); v této fázi se zvyšuje množství rozpustné amylózy; jeho roztok částečně zůstává v zrnu a částečně difunduje do okolí.

READ
Jak vypočítat, kolik bloků je potřeba na stavbu domu?

Při dlouhodobém zahřívání s přebytkem vody praskají bublinky škrobu a klesá viskozita pasty. Příkladem toho v kulinářské praxi je zkapalňování želé v důsledku nadměrného tepla.

Škrob z hlíznatých rostlin (brambory, topinambur) vytváří průhledné pasty rosolovité konzistence a škrob z obilných rostlin (kukuřice, rýže, pšenice atd.) vytváří neprůhledné mléčně bílé pasty pastovité konzistence.

Konzistence pasty závisí na množství škrobu: když je její obsah od 2 do 5%, pasta se ukáže jako tekutá (tekuté želé, omáčky, pyré polévky); na 6-8% – husté (husté želé). Ještě hustší pasta se tvoří uvnitř buněk brambor, v kaších a těstovinových miskách.

Viskozita pasty je ovlivněna nejen koncentrací škrobu, ale také přítomností různých živin (cukry, minerální prvky, kyseliny, bílkoviny atd.). Sacharóza tedy zvyšuje a sůl snižuje viskozitu systému, proteiny mají stabilizační účinek na škrobové pasty.

Při ochlazení škrobových potravin se v nich v důsledku retrogradace (srážení) snižuje množství rozpustné amylózy. V tomto případě škrobové želé stárnou (synereze) a produkty zatuchnou. Rychlost stárnutí závisí na typu produktu, jeho vlhkosti a teplotě skladování. Čím vyšší je vlhkost pokrmu nebo kulinářského produktu, tím intenzivněji v něm klesá množství ve vodě rozpustných látek. Stárnutí probíhá nejrychleji u jáhlové kaše, pomaleji u krupicové a pohankové. Zvýšení teploty brzdí proces retrogradace, takže cereálie a těstoviny uložené na ohřívačích potravin při teplotě 70-80 °C mají dobré organoleptické vlastnosti do 4 hodin.

Hydrolýza škrobu. Škrobové polysacharidy jsou schopny se rozložit na molekuly cukrů, které jsou jejich součástí. Tento proces se nazývá hydrolýza, protože zahrnuje přidání vody. Rozlišuje se enzymatická a kyselá hydrolýza. Enzymy, které štěpí škrob, se nazývají amylázy.

Existují dva typy a- a p-amylázy: a-amyláza způsobuje částečný rozklad škrobových polysacharidových řetězců za vzniku nízkomolekulárních sloučenin – dextrinů; při delší hydrolýze je možná tvorba maltózy a glukózy, p-amyláza štěpí škrob na maltózu.

K enzymatické hydrolýze škrobu dochází při výrobě kynutého těsta a pekařských výrobků z něj, vaření brambor apod. Pšeničná mouka obvykle obsahuje p-amylázu; maltóza, vznikající jeho vlivem, je živnou půdou pro kvasinky. V mouce z naklíčených zrn převládá a-amyláza, jejím vlivem vznikající dextriny dodávají výrobkům lepivost a nepříjemnou chuť.

Stupeň hydrolýzy škrobu působením B-amylázy se zvyšuje se zvyšující se teplotou těsta během hnětení a v počátečním období pečení se zvyšující se dobou hnětení. Navíc záleží na velikosti (resp. velikosti) mletí mouky a stupni poškození škrobových zrn. Čím více poškozených zrn (čím jemnější mletí mouky), tím rychleji dochází k hydrolýze (neboli enzymatické destrukci) škrobu.

Brambory také obsahují B-amylázu, která přeměňuje škrob na maltózu. Maltóza se používá k dýchání hlíz. Při teplotách blízkých 35 °C se zpomaluje dýchání, hromadí se maltóza a brambory zesládnou (zmrazené brambory). Při použití mražených brambor se doporučuje nechat je nějakou dobu při pokojové teplotě. V tomto případě se zvyšuje dýchání hlíz a snižuje se sladkost. Aktivita B-amylázy se zvyšuje v rozmezí od 45 do 65 °C, při teplotě XNUMX °C je enzym zničen. Pokud se tedy brambory před vařením zalijí studenou vodou, tak při zahřívání hlíz se značná část škrobu stihne proměnit v maltózu, změní se v odvar a zvýší se ztráta živin. Pokud brambory zalijete vroucí vodou, p-amyláza se inaktivuje a dojde k menší ztrátě živin.

READ
Co znamená FSF překližka?

Kyselá hydrolýza škrobu může nastat, když je zahříván v přítomnosti kyselin a vody, což vede k tvorbě glukózy. Kyselá hydrolýza nastává při vaření červených omáček, želé a při jejich delším skladování za tepla.

Dextrinizace (tepelná destrukce škrobu). Dextrinizace – jedná se o destrukci struktury škrobového zrna při jeho suchém ohřevu nad 120 °C za vzniku ve vodě rozpustných dextrinů a určitého množství produktů hlubokého rozkladu sacharidů (oxid uhelnatý a oxid uhličitý apod.). Dextriny mají barvu od světle žluté po tmavě hnědou. Různé druhy škrobu mají různou odolnost vůči suchému teplu.

Při zahřátí na 180 °C se tedy zničí až 90 % zrn bramborového škrobu, až 14 % pšeničného škrobu a až 10 % kukuřičného škrobu. Čím vyšší je teplota, tím větší je množství škrobových polysacharidů přeměněných na dextriny. V důsledku dextrinizace se snižuje schopnost škrobu bobtnat v horké vodě a želatinovat. To vysvětluje hustší konzistenci omáček vyrobených s bílým soté (teplota restování v mouce 120 °C) ve srovnání s omáčkami vyrobenými s červeným soté (teplota soté v mouce 150 °C) při stejné spotřebě mouky.

V kulinářské praxi dochází k dextrinizaci škrobu nejen při restování mouky na omáčky, ale také při smažení pohankové mouky, sušení rýže, nudlí, nudlí před vařením, v povrchových vrstvách brambor při smažení, v krustě výrobků z těsta atd.

Škroby, jejichž vlastnosti se mění v důsledku speciálního zpracování, se nazývají upraveno. Dělí se na dvě skupiny: štěpené škroby, při jejichž zpracování dochází k štěpení polysacharidových řetězců, a substituované škroby, jejichž vlastnosti se mění především v důsledku přidání chemických radikálů nebo kopolymerací s jinými vysokomolekulárními sloučeninami. .

Modifikované škroby jsou široce používány v potravinářském průmyslu a veřejném stravování.

Štěpené škroby se získávají tepelným, mechanickým působením, úpravou polysacharidu kyselinami, oxidačními činidly, některými solemi, působením elektronů, ultrazvukem, ozářením y-paprsky, způsobující štěpení polysacharidových řetězců. V důsledku těchto účinků dochází k cílené destrukci glykosidických a jiných valenčních vazeb, vznikají nové karbonylové skupiny a vznikají intra- a intermolekulární vazby. V tomto případě granulovaná forma škrobu zůstává buď nezměněna, nebo je zcela zničena vytvořením sekundární struktury (například během želatinace a sušení škrobů na válcových sušárnách).

Pasty štěpených škrobů mají obecně nižší viskozitu, vyšší transparentnost a zvýšenou stabilitu při skladování. Ve stravovacích zařízeních se štěpené škroby používají při výrobě chlazených a mražených kulinářských produktů.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:

Škrob se nachází v mnoha výrobcích (mouka, brambory, obiloviny atd.) nebo se přidává do receptur jako želírující činidlo (želé).

READ
Jak správně připojit komín?

Rostlinné buňky obsahují škrob ve formě zrn. Škrobová zrna jsou komplexní biologické útvary skládající se z polysacharidových molekul – amylózy a amylopektinu (převážná část zrna, kyseliny fosforečné, křemičité a mastných kyselin).

Amylóza a amylopektin jsou polymery (z řeckého „poly“ – mnoho), tj. skládají se z velkého počtu zbytků molekul glukózy spojených v řetězcích.

V molekulách amylózy se počet těchto zbytků pohybuje od 200–400 (nízkomolekulární amylóza) do 800–1000 (vysokomolekulární amylóza) a jsou spojeny do téměř nerozvětvených řetězců. Takových zbytků je v molekulách amylopektinu mnohem více (600–6000) a tvoří vysoce rozvětvené řetězce.

Vnější část škrobových zrn tvoří převážně amylopektin, který tvoří jakýsi obal zrna, a vnitřní část tvoří amylóza, jejíž molekuly jsou uspořádány v určitém pořadí (základ krystalické struktury). Amylopektin je nerozpustný ve vodě, ale při zahřívání s vodou bobtná. Nízkomolekulární amylóza se rozpouští i ve studené vodě, zatímco vysokomolekulární amylóza se rozpouští pouze zahřátím.

Zahřátím s vodou škrob želatinuje a suspenze jeho zrn se změní na viskózní pastu. Amylopektin přitom bobtná, molekuly vody pronikají do obalu zrna, část amylózy se rozpouští a škrobové zrno bobtná. V první fázi želatinace škrobová zrna zcela neztrácejí svou strukturu a ve druhé se mění na bubliny naplněné amylózou. První stupeň želatinace nastává zahříváním škrobu s malým množstvím vody na teplotu želatinace. V tomto případě se absorbuje až 100 % vody z hmotnosti škrobu. K tomu dochází při vaření drobivých kaší a pečení moučných výrobků. Škrob při přebytku vody a dalším zahřívání absorbuje 200–400 % vody (své hmoty) a nastává druhá fáze želatinace.

U různých škrobů jsou teplotní rozsahy, při kterých dochází k želatinaci, různé: u brambor – 65–68 o C, pšenice – 53–57 o C, kukuřice – 64–70 o C. Nabobtnalá škrobová zrna absorbují velké množství vody a viskozita roztoku při tom stoupá, mění se na pastu. Pasta získaná zahřátím 30–50 g škrobu v 1 litru vody ochlazením netvrdne a při obsahu škrobu 75–80 g pasta po ochlazení vytvoří hutné želé (gel).

Pokud budete škrobovou pastu dále zahřívat, dojde ke třetí fázi želatinace: bublinky vzniklé ze škrobových zrn začnou praskat a viskozita pasty se prudce sníží. Tento proces se urychluje v přítomnosti kyselin.

Při želatinaci dochází nejen k bobtnání škrobového zrna a destrukci jeho vnitřní struktury, ale také k rozkladu vysokomolekulární, špatně rozpustné amylózy, přechází na vysoce rozpustnou nízkomolekulární. Proto se například při vaření kaše zvyšuje množství rozpustných látek v obilí.

Bramborový škrob tvoří průhlednou pastu a želé, zatímco kukuřičný škrob je zakalený. Proto se tento používá pouze při vaření mléčného želé. Když se produkty obsahující škrob ochladí, podstoupí retrogresi. V tomto případě dochází k přeskupení částic, které tvoří vnitřní strukturu želé, jejich zhutnění, v důsledku čehož dochází k oddělení části vody (například při skladování želé). Navíc se snižuje množství rozpustných látek v důsledku přechodu nízkomolekulárních amylózových frakcí na nízkomolekulární. To je pozorováno při skladování obilovin a těstovin a způsobuje snížení jejich kvality. Po ohřátí pokrmy z cereálií a těstovin obnovují své vlastnosti, ale ne ve stejné míře: v pohankové kaši a nudlích se látky rozpustné ve vodě obnoví zcela zcela i po 24hodinovém skladování, v jáhlové kaši – o 50 %, v rýže – o 20%. Při skladování produktů v horkém stavu je zpětná progrese škrobových želé zpožděna.

READ
Jak fungují senzory v chytré domácnosti?

K destrukci dochází při zahřátí škrobu na sucho nad 120 o C. Spočívá v rozkladu škrobových polysacharidů a jejich přeměně na ve vodě rozpustné vysokomolekulární látky – pyrodextriny a řadu těkavých látek (vodní pára, oxid uhličitý aj.).

Zároveň se mění barva škrobu. Nejprve (115–125 o C) zhnědne a poté zhnědne. Ke zničení dochází v dehydrované kůrce vzniklé při smažení brambor a moučných výrobků, při restování mouky.

Hydrolýza zahrnuje rozklad škrobových polysacharidových řetězců s přidáním vody. Konečným produktem je glukóza nebo maltóza. K tomuto procesu dochází při zahřívání škrobu s vodou a kyselinou (kyselá hydrolýza) nebo za působení enzymů – amyláz. Při kyselé hydrolýze – prodlouženém varu kyselých omáček, zavařovacího želé – vzniká glukóza.

K enzymatické hydrolýze dochází při výrobě kynutého těsta a při vaření brambor. Jeho konečným produktem je maltóza. Existují dva typy amyláz: a- a b-amylázy; a-amyláza štěpí škrob na maltózu, která také produkuje velké množství dextrinů; b-amyláza přeměňuje škrob na maltózu. Amylázy při zahřátí zvyšují svou aktivitu a při teplotě 70–95 o C jsou zcela inaktivovány. Hlízy brambor obsahují b-amylázu a při vaření se pod jejím vlivem část škrobu hydrolyzuje.

Hydrolýza škrobu při vaření brambor je nežádoucí proces, protože výsledný cukr jde do vývaru a ztrácí se. Při kynutí těsta je naopak maltóza vznikající při hydrolýze nezbytná pro vývoj kvasinek.

Modifikace škrobu. Škrobové polysacharidy aktivně interagují s kovovými ionty, kyselinami a oxidačními činidly, což umožňuje modifikovat molekuly škrobu – měnit jejich hydrofilitu a schopnost želatinovat. Některé typy modifikací pomáhají zvýšit rozpustnost škrobu ve vodě, jiné omezují bobtnání. Modifikovaný škrob se používá při výrobě želé, moučných cukrářských výrobků, do krémů jako zahušťovadlo, omáček, zmrzliny atd.

Sacharidy buněčné stěny Tkáně rostlinné potravy se skládají z buněk. Buňka je obklopena membránou, uvnitř které je protoplazma, jádro a vakuoly vyplněné buněčnou mízou. Jednotlivé buňky jsou navzájem spojeny středními deskami. Membrána a střední desky se nazývají buněčné stěny.

Buněčná membrána se skládá z vlákniny (celulóza), hemicelulózy (polovlákenna) a dalších látek. Střední destičky se skládají převážně z nerozpustné látky – protopektinu. Nepatří mezi sacharidy, ale svou strukturou se jim blíží. Jedná se o komplexní látku, jejíž molekuly jsou založeny na zbytcích kyseliny galakturonové. Nakonec se několik zbytků polygalakturonové kyseliny spojí dohromady a vytvoří komplexní molekulu protopektinu. Ke spojení mezi řetězci polygalakturonových kyselin dochází přes solné můstky, anhydridové skupiny apod., ale hlavní roli hrají solné můstky tvořené dvojmocnými ionty hořčíku a vápníku.

Tyto vrstvy protopektinu (střední destičky) dodávají rostlinným tkáním mechanickou pevnost, jako by stmelovaly jednotlivé buňky. Při zahřátí dochází ve středních deskách k iontoměničové reakci: ionty vápníku a hořčíku jsou nahrazeny jednomocnými ionty sodíku a draslíku. Přirozeně to narušuje komunikaci mezi buňkami, protože protopektin se rozkládá na samostatné řetězce galakturonových kyselin, které se nazývají pektiny a jsou vysoce rozpustné v horké vodě.

READ
Jak vypadá barva Wengie?

Tato reakce je však vratná a ionty vápníku a hořčíku mohou opět vytlačit jednomocné ionty sodíku a draslíku. To nezpůsobí změknutí zeleniny. Reakce půjde doprava pouze v případě, že se uvolněné vápenaté ionty navážou a uvolní. Rostlinné produkty obsahují organické kyseliny a pektin, které uvolňují vápník. Při tepelném zpracování se cytoplazmatické proteiny srážejí, proteinový sol se mění na vločky a organické kyseliny mohou volně difundovat do buněk přes propustnou buněčnou stěnu až ke středním destičkám. Buňky zůstávají neporušené. Při ochlazování se však buněčné stěny stávají křehčími a při mechanickém namáhání se ničí. Díky tomu zelenina a obiloviny při tepelné úpravě měknou. Rychlost jejich měknutí je ovlivněna tvrdostí vody, teplotou, reakcí prostředí a vlastnostmi výrobků. Tvrdá voda obsahuje vápenaté a hořečnaté soli, proto se zelenina vaří pomalu. V různých produktech není rychlost rozpadu protopektinu stejná. Přítomnost kyselin zpomaluje měknutí některých potravin, kromě vaření brambor s kyselinou šťavelovou. Při porovnání obsahu organických kyselin v bramborách a řepě se ukázalo, že šťáva z řepy obsahuje téměř o polovinu více organických kyselin, které mají Ca-srážlivou schopnost, zejména kyselinu šťavelovou, která ovlivňuje především dobu vaření řepy.

4.5. Změna barvy produktů

Při kulinářském zpracování výrobky často mění svou původní barvu, vznikají nové barevné látky nebo se mění přírodní barviva.

Fenolické látky obsahují brambory, artyčoky, jablka, hrušky a mnohé houby (žampiony, hřiby atd.). Patří mezi ně bramborová aminokyselina – tyrosin, třísloviny jablek, hrušek atd. Působením enzymu polyfenoloxidázy dochází k oxidaci těchto látek, čímž vznikají tmavě zbarvené produkty. Třísloviny jablek a hrušek obsahují katechiny. V důsledku interakce redukujících cukrů s látkami obsahujícími dusík (močovina, aminokyseliny, aminy atd.) vznikají tmavě zbarvené látky – melanoidiny. Jejich barva se obvykle pohybuje od světle žluté po tmavě hnědou. Melanoidiny se tvoří v pěně na povrchu mléka (díky laktóze a močovině), v krustě vznikající na povrchu živočišných a rostlinných produktů (díky aminokyselinám a cukrům), v masových vývarech, houbách při sušení, při delším varu cukrů s ovocem a bobulemi (džem, ovocné pyré, pečená jablka atd.).

Interakce tříslovin se železem

Taniny při interakci se železem tvoří tmavě zbarvené látky. To vysvětluje tmavou barvu, která se objevuje při tepelné úpravě při kontaktu železa s jablky, pohankovou kaší, tmavnutí čaje při vaření v železné nádobě atd.

Vznik sulfidu železa

Při vaření vajec (zejména bílků) se uvolňuje sirovodík v důsledku jeho eliminace bílkovinami (bílkoviny) obsahujícími síru. Se solemi železa, které tvoří žloutek, tvoří sirovodík tmavě zbarvený sulfid železa. Pokud ihned po uvaření vejce vložíme do studené vody, tlak vzduchu pod skořápkou se sníží, sirovodík difunduje na povrch a žloutek méně tmavne.