Біологічні основи хімічних процесів, які відбуваються під час зберігання, обробки та приготування продуктів харчування

Біологічні основи хімічних процесів, які відбуваються під час зберігання, обробки та приготування продуктів харчування.

Процеси, які відбуваються під час зберігання харчових продуктів. Їх вплив на харчову нешкідливість Кожен продукт має свій термін зберігання, що безпосередньо впливає на її харчову якість. Під час зберігання у харчових продуктах протікають фізичні, хімічні, біохімічні, біологічні процеси. Фізичні процеси виникають у продуктах під дією температури, вологості повітря, газового складу, світла, механічних впливів. До них відносяться процеси сорбції та десорбції парів води і газів, кристалізація цукру і солі, старіння білків, ущільнення сипучих речовин, деформація і порушення цілісності продуктів. Процес сорбції, тобто поглинання продуктом вологи, відбувається при зберіганні солі, цукру-піску, борошна, печива, сухарів, вафель та ін Продукти при цьому розм'якшуються або втрачають сипучість і злежуються. Процес десорбції обумовлений всихання продукту. В результаті зменшується маса продукту, погіршується його якість. Десорбції схильні плоди, овочі, хліб, печиво та ін Показником стійкості харч продуктів при зберіганні є активність води, яка виражена відношенням парціального тиску парів води над певним продуктом до парціального тиску парів води над чистою водою при одній і тій самій температурі. Під час зберігання відбуваються втрати харчових продуктів: Природні – зменшення маси продуктів через їх природні властивості (усихання, розпилювання, витікання) Нормативні втрати – зменшення маси продуктів при підготовці до реалізації або переробки (ліквідні та неліквідні) Актовані втрати – зменшення маси продуктів за рахунок бою, зниження якості, псування товарів.

Біологічні основи хімічних процесів при зберіганні продуктів - це переважно дія мікроорганізмів (бактерії, плісняви) та власні біохімічні реакції продукту (ферментація, окислення, розкладання білків/жирів/вуглеводів, втрата вітамінів), спричинені ферментами, повітрям (кисень), світлом, температурою та вологою, що призводить до псування, зміни смаку, запаху, текстури та поживних властивостей, а методи зберігання (холодильники, заморожування, сушіння) спрямовані на уповільнення цих процесів.  Основні біохімічні процеси: Мікробіологічне псування: Дія мікроорганізмів: Бактерії, дріжджі та плісняві грибки споживають поживні речовини продукту, виділяючи токсини, кислоти, гази (наприклад, при бродінні), що змінює продукт і викликає хвороби (отруєння). Ферментація: За участю мікроорганізмів, цукри перетворюються на спирти, кислоти (молочна, оцтова), що використовується для виробництва йогурту, квасу, але також може бути причиною псування. Власні біохімічні зміни (ферменти продукту): Окислення жирів (прогіркання): Кисень повітря окислює жири, викликаючи неприємний запах і смак (наприклад, у горіхах, олії). Розклад білків (гниття): Білки під дією ферментів розпадаються на амінокислоти, а потім на сполуки з неприємним запахом. Гідроліз вуглеводів: Розщеплення складних вуглеводів на простіші цукри. Втрата вітамінів: Вітаміни (особливо C, група B) руйнуються під впливом світла, кисню, високої температури або ферментів. 

Як впливає зберігання: Низька температура: Уповільнює активність ферментів мікроорганізмів (холодильники - +4°C, морозильники -18°C). Відсутність кисню: Вакуумні упаковки уповільнюють окислення та ріст аеробних бактерій. Сухість: Знижує активність мікроорганізмів та ферментів. Світло: Сприяє розпаду вітамінів та окисленню.  Отже, зберігання - це боротьба з мікробами та власними біохімічними процесами продукту за допомогою фізичних методів, щоб зберегти його якість і безпеку якомога довше. 

 Процеси, які відбуваються у продуктах під час теплової кулінарної обробки При нагріванні білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мінеральні, смакові й арома­тичні речовини, що містяться в продуктах, зазнають фізико-хімічних змін, які впливають на харчову цінність, а також на засвоюваність, смак, запах і зовнішній вигляд готової продукції. Змінювання білків. Під час теплової обробки білки зсідаються. Початкова ста­дія зсідання білків (денатурація) починається з нагрівання продукту до 40 °С. При цьому білки втрачають нативні (природні) властивості. При нагріванні продуктів понад 70 °С відбувається коагуляція білків. Вони втрачають властивість розчиня­тися й утримувати воду (набухати), в зв'язку з чим маса риби і м'яса після тепло­вої обробки зменшується. Білки, які містяться в продуктах у вигляді розчинів, зсідаються пластівцями. Це явище спостерігається при варінні бульйонів з м'яса, риби. У воду переходить частина білка, який збирається на поверхні бульйону, утворюючи піну. Білки, які містяться в продуктах у вигляді драглеподібної маси, при нагріванні ущільнюються, виділяючи частину води (білки м'яса, риби), винятком є білки яєць, які при зсіданні не виділяють води. Чим вища температура продукту при тепловій обробці, тим більше ущільнюються білки, тим більше води вони виділя­ють. Внаслідок цього знижується засвоюваність їх організмом людини. Тому про­дукти, в яких є білки, не слід переварювати.

Змінювання жирів. Під час теплової обробки жири, які містяться в продуктах, частково витоплюються. При варінні бульйонів жир спливає на поверхню. При тривалому і бурхливому кипінні у воді жир емульгує (розпадається на найдрібніші кульки). Емульгований жир під дією кислот і солей, що містяться в бульйоні, розпадається на гліцерин і жирні кислоти. Бульйон стає каламутним і набуває неприємного смаку і запаху. Тому варити продукти слід при помірному кипінні, а жир, що збирається на поверхні, періодично знімати. Під час смаження продуктів основним способом жир не зазнає глибоких фізико-хімічних змін, оскільки смаження більшості продуктів триває 20-30 хв, тому харчова цінність його практично не змінюється. Важливим фактором у цьому разі є правильне добирання жиру. Для смаження не слід використовувати жири, які містять вологу (масло вершкове, маргарин вершковий), оскільки при температурі 100 °С і вище волога випаровується і спричинює їх розбризкування. Втрати жиру при розбризкуванні називаються чадом. Розбризкування жиру спо­стерігається при смаженні продуктів з великим вмістом вологи (сира картопля, м'ясо, риба та ін.). Під час смаження у фритюрі жир зазнає глибоких змін. Це зумовлено висо­кою температурою, тривалістю нагрівання, забрудненням жиру частинками про­дукту, які при високих температурах згорають. Щоб запобігти забрудненню фри­тюру, вироби, призначені для смаження у фритюрі, не обкачують у борошні, руки й інвентар змащують олією, фритюр періодично проціджують і доливають свіжий. Через 40 год безперервної роботи фритюрниці жир стає непридатним для подаль­шого використання. Тому для смаження у фритюрі слід використовувати фри­тюрниці, в нижній частині яких є холодна зона, де температура жиру значно нижча, і частинки продукту не горять.

Поява диму під час смаження — наслідок розщеплення молекул жиру з утво­ренням отруйної речовини акролеїну, яка шкідлива для здоров'я людини. Цей процес називають димоутворюванням. Тому для смаження слід використо­вувати жири з високою температурою димоутворення і смажити слід при темпе­ратурі на 5-Ю °С нижчій, ніж температура димоутворення жиру. Найнижча температура димоутворення у рослинних жирів, особливо в олив­кової олії (170 °С), і найвища у кулінарних (230 °С), отож при смаженні рослинні жири не рекомендується перегрівати. Нагрівають жир до температури не більше 183 °С, щоб не викликати його руйнування.

Змінювання складу вуглеводів. До складу продуктів входять прості і складні вуглеводи. При нагріванні з водою прості цукри розчиняються: цукор (сахароза) в присутності кислот (у разі приготування узварів, киселів, запіканні яблук) зазнає інверсії — розщеплення з утворенням суміші глюкози і фруктози, які солодші від сахарози. Цукор при нагріванні без води до температури більш ніж 140-160 °С розщеплюється, утворюючи забарвлену в темний колір речовину. Цей процес розщеплення цукру називається карамелізацією. Внаслідок реакції простих цукрів з азотистими речовинами утворюються сполуки — меланоїдинові утворен­ня, що спричиняють появу рум'яної кірочки при смаженні панірованих виробів з м'яса, риби, а також сирників, запіканок та ін. При нагріванні крохмалю до температури 110 °С без води відбувається його декстринізація (розщеплення з утворенням розчинних у воді продуктів). Декстринізація здійснюється на поверхні виробів з утворенням жовтувато-коричне­вої кірочки при пасеруванні борошна, обсмажуванні круп. Крохмаль при нагріванні з великою кількістю води до температури 100 °С клейстеризується з утворенням драглеподібної маси. Починається клейстеризація при температурі 55-60 °С, яка з підвищенням температури прискорюється. При тепловій обробці картоплі клейстеризація крохмалю відбувається за раху­нок вологи, яка міститься в картоплі. При випіканні виробів з тіста, варінні бобо­вих крохмаль клейстеризується за рахунок вологи, яку виділяють білки клейкови­ни, що зсілися. А при варінні каші, макаронних виробів він клейстеризується за рахунок вологи навколишнього середовища. Цим пояснюється збільшення маси круп і макаронних виробів під час варіння.

Пружності продуктам рослинного походження надає протопектин, який скріплює рослинні клітини між собою. При тепловій обробці під дією високої температури протопектин переходить у пектин — розчинну речовину. Внаслідок цього продукти рослинного походження розм'якшуються і легше засвоюються. Швидкість переходу протопектину в пектин залежить від властивостей продукту — в одних протопектин менш стійкий (картопля, фрукти та ін.), у інших більш стій­кий (бобові, крупи, буряки); чим вища температура варіння, тим швидше протопек­тин переходить у пектин; у кислому середовищі сповільнюється перехід протопек­тину в пектин. Тому при варінні страв з продуктами, які містять кислоту, їх попе­редньо тушкують або припускають і додають до страви, коли овочі майже готові. Клітковина є основною речовиною, з якої складаються стінки рослинних клітин, і при тепловій обробці в ній відбуваються незначні зміни. Вона бубнявіє, стає більш пористою і через неї проникають травні соки.

Змінювання вітамінів. При тепловій обробці руйнуються розчинні у воді віта­міни, насамперед вітамін С внаслідок його окислення під час варіння продуктів у посуді з відкритою кришкою, при продовженні термінів теплової обробки і три­валому зберіганні їжі на марміті, збільшенні поверхні зіткнення продукту з кис­нем повітря. Збереженню вітаміну С сприяють органічні кислоти, які містяться в овочах і фруктах. При смаженні у фритюрі вітамін С руйнується менше, ніж при смаженні основним способом. Під час варіння продуктів значна частина вітаміну перехо­дить у відвар. Інші розчинні у воді вітаміни (Р, РР, групи В) під час варіння також перехо­дять у відвар. Вітаміни групи В стійкі при нагріванні в кислому середовищі, а в лужному і нейтральному — руйнуються при тепловій обробці на 20-30 %. При тепловій обробці добре зберігаються жиророзчинні вітаміни А, О, Е, К. Так, при пасеруванні моркви майже не знижується її вітамінна активність — роз­чинений у жирах каротин моркви легше переходить у вітамін А. Завдяки стійкості каротину пасеровані овочі зберігаються довго, хоч при тривалому зберіганні віта­міни частково руйнуються під впливом кисню. Мінеральні речовини при тепловій обробці не змінюються, частина їх перехо­дить у відвар, який використовують для приготування соусів і перших страв. Змінювання барвників. Хлорофіл зелених листків овочів при варінні під дією кислот руйнується, утворюються буро забарвлені речовини. Тому щавель і шпи­нат припускають окремо. Антоціани сливи, журавлини, вишень, чорної смородини стійкі до теплової обробки, проте з іонами алюмінію вони набувають синього кольору, отож фрук­тові киселі не слід варити в алюмінієвому посуді.

Пігменти буряків беталаміни нерозчинні у жирах, тому буряки для вінегрету слід заправляти олією, щоб вони не забарвили інші овочі. При нагріванні пігменти буряків набувають бурого кольору. Для зберігання кольору буряків теплову обробку їх здійснюють у кислому середовищі з підвище­ною концентрацією відвару. М'ясо при тепловій обробці змінює забарвлення — стає сірим внаслідок того, що змінюється барвник міоглобін. Каротин моркви, томатів стійкий до теплової обробки, добре розчиняється у жирі; цю властивість використовують у кулінарії для забарвлення страв. Овочі білого кольо­ру набувають жовтого відтінку завдяки утворенню нових барвників — флавонів. Аромат багатьох продуктів зумовлений вмістом ефірних олій і екстрактивних речовин. Ефірні олії при варінні звітрюються з парою. Для зменшення втрат цибулю й ароматичне коріння пасерують з жиром. При цьому ефірні олії розчиняються в жирі і добре зберігаються. З цією метою лавровий лист, перець, мускатний горіх кладуть перед закінченням приготування страв. Екстрактивні речовини під час смаження м'яса і риби концентруються у виро­бах, надають їм приємного смаку й аромату. При варінні вони розчиняються у воді, переходять у бульйон. Виварені продукти втрачають смакові й ароматичні якості, гірше засвоюються.