Кулинарная тепловая обработка вызывает глубокие физико-химические изменения различных веществ, входящих в состав продуктов питания, -- белков, углеводов, липидов (жиров), витаминов.
При тепловой обработке продукты теряют часть питательных веществ, что существенно влияет на усвояемость и пищевую ценность продукта.
Диффузия. При промывании, замачивании, варке, тушении и припускании продукты соприкасаются с водой и из них могут извлекаться растворимые вещества. Процесс этот называется диффузией. Чем больше поверхность продукта, тем быстрее происходит диффузия. Скорость диффузии зависит от концентрации растворимых веществ в продукте и окружающей среде. Концентрация растворимых веществ в продукте может быть очень значительной. Когда концентрация растворимого вещества в продукте и в окружающей среде уравнивается, диффузия прекращается. Такое равновесие наступает тем быстрее, чем меньше объем окружающей жидкости. Этим обусловлено то, что при припускании, тушении и варке продуктов паром потери растворимых веществ меньше, чем при варке основным способом. Поэтому для уменьшения потерь питательных веществ при варке овощей и других продуктов жидкости берут столько, чтобы она покрывала продукт. И наоборот, если надо извлечь как можно больше растворимых веществ, то воды для варки берут больше (варка почек, некоторых видов грибов перед их обжариванием и т. д.). Если же отвар не сливают, то переход в него растворимых веществ существенного значения не имеет (варка супов, соусов). Если отвар сливают, то его можно использовать, так как он содержит извлеченные из продуктов растворимые вещества (отвар круп, макарон, бульон от припускания рыбы, мяса, птицы).
Изменение белков. Белки -- незаменимые вещества, без которых невозможны не только рост и развитие организма, но и сама жизнь. Полноценность и количественная достаточность белка в пище является обязательным условием поддержания высокого уровня функциональных
способностей организма человека. Белки являются составной частью любой живой клетки, важнейшим строительным материалом ее, а также источником энергии.
Белки -- это сложные вещества; их молекулы состоят из остатков аминокислот, соединенных в длинные цепочки (полипептидные цепочки). В состав белков входит их около 30 видов. В пищеварительном тракте белки распадаются на отдельные аминокислоты, которые всасываются в организме, и из них строятся белки нашего тела.
Отдельные аминокислоты могут в организме переходить в другие, но восемь из них не синтезируются и должны поступать с пищей. Их называют незаменимыми (НАК).
Белки, содержащие все НАК, -- это триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин, и называются полноценными.
К ним относятся белки мяса, рыбы, молока, яиц. Достаточно некоторых видов незаменимых аминокислот. Поэтому большое значение имеет сбалансированность по аминокислотному составу не только суточных рационов питания, но и отдельных приемов пищи. Для этого необходимо комбинировать блюда в меню или продукты в рецептуре блюда по содержанию в них НАК.
В зависимости от молекулярного строения белка во многом зависят их свойства:
* гидратация, то есть способность связывать воду;
* растворимость (существуют белки, растворимые в воде и соляных растворах);
* индивидуальные свойства (окраска, ферментная активность и др.);
* устойчивость против действия пищеварительных ферментов.
Гидратация и дегидратация белков. Способность белков прочно связывать значительное количество влаги называется гидратацией. Эту способность белков широко используют в технологии приготовления пищи (приготовление теста из муки, добавление воды к рубленому мясу и рыбе, что способствует увеличению сочности приготовляемых изделий).
Дегидратацией называется потеря белками связанной воды при сушке, замораживании и размораживании мяса и рыбы, при тепловой обработке полуфабрикатов и т. д. От степени дегидратации зависят такие важные показатели, как влажность готовых изделий и их выход (масса).
Денатурация белков. Белки природных продуктов называют нашивными (натуральными). Под воздействием различных факторов (температуры, механического воздействия, действия кислот и щелочей) происходят изменения белков (денатурация). При кулинарной обработке денатурацию белков вызывает чаще всего нагревание, что приводит к их свертыванию.
Денатурация сопровождается изменениями важнейших свойств белка:
* потерей индивидуальных свойств (изменение окраски мяса при его нагревании вследствие денатурации миоглобина);
* потерей биологической активности (например,
в картофеле, грибах, яблоках и ряде других растительных продуктов содержатся ферменты, вызывающие их потемнение, при денатурации белки-ферменты теряют активность);
* потерей способности к гидратации (растворению, набуханию);
* повышением воздействия пищеварительных ферментов (подвергнутые тепловой обработке продукты, содержащие белки, перевариваются легче и полнее).
Свертывание белков в результате денатурации бывает двух видов. Если концентрация белка была низкая (до 1%), то свернувшийся белок образует хлопья (пена на поверхности бульонов). Если концентрация белка была
высокой, то образуется студень и влага не отделяется (белки яиц).
Изменение углеводов. В пищевых продуктах содержатся простые сахара (глюкоза, фруктоза), дисахара (сахароза, лактоза, тригалоза и др.), полисахариды -- крахмал, клетчатка (целлюлоза), полуклетчатка (гемицеллюлоза) и близкие к углеводам вещества -- пектины.
Сахара играют роль источника энергии в питании. Они содержатся в плодах, ягодах, корнеплодах, капустных овощах, картофеле, а также в мучных продуктах. Сахара широко используются при изготовлении кондитерских изделий в виде кристаллической сахарозы (свекловичный или тростниковый сахар). Общими свойствами Сахаров являются их карамелизация и способность сбраживаться. Под действием дрожжей они превращаются в спирт, углекислый газ и ряд сопутствующих веществ.
Под действием молочнокислых бактерий сахара превращаются в молочную кислоту. Молочнокислое брожение сопровождает спиртовое при зготовлении теста.
Карамелизация -- это глубокий распад Сахаров при нагревании продуктов, потерей способности кристаллизоваться. Процесс карамелизации происходит свыше температуры 100 °С в слабокислой или нейтральной среде с образованием темноокрашенных продуктов.
Температура плавления фруктозы 98-102 "С, глюкозы -- 145-149 °С, сахарозы -- 160-185 °С. В кулинарной практике чаще всего приходится иметь дело с карамелизацией сахарозы. При нагревании ее в ходе ехнологического процесса происходит частичная инверсия с образованием глюкозы и фруктозы, которые претерпевают дальнейшие превращения.
При карамелизации сахарозы образуется вначале кармелан -- вещество светло-соломенного цвета, растворимое в холодной воде. Затем образуется кармелен -- вещество ярко-коричневого цвета, также хорошо растворимое в
воде, и, наконец, образуется вещество темно-коричневого цвета -- кармелин, растворимый только в горячей воде (жженка). Продукты карамелизации используют как пищевые красители.
Карамелизация происходит при подпекании лука и моркови для бульонов, при запекании яблок, при изготовлении кондитерских изделий.
Глюкоза, фруктоза и лактоза, которые называют восстанавливающими сахарами, способны вступать в реакцию с аминами, аминокислотами и белками в процессе тепловой обработки продуктов. При этом образуются темноокрашенные вещества -- меланоидины. Реакция меланоидинообразования имеет большое значение, так как:
* она обусловливает образование аппетитной золотистой корочки на жареных, запеченных блюдах, кондитерских выпечных изделиях (меланоидины -- от
греч. melanos -- темный);
* побочные продукты этой реакции участвуют в образовании вкуса и аромата готовых блюд.
Дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) могут распадаться, присоединяя воду. Например, сахароза при нагревании с кислотами образует глюкозу и фруктозу. Процесс этот называется кислотным гидролизом и происходит при запекании яблок, варке компотов и киселей. Продукты гидролиза сахарозы имеют более сладкий вкус, чем исходный продукт. Поэтому при запекании яблок вкус их меняется, они становятся слаще.
Крахмал и его изменения. Крахмал складывается в растительных клетках в виде крахмальных зерен. Крахмал -- сложное биологическое образование, состоящее в основном из двух углеводных компонентов: амилозы и
амилопектина (полимеров глюкозы).
При кулинарной обработке могут происходить следующие изменения крахмала: гидролиз (ферментативный и кислотный), декстринизация и клейстеризация.
Ферментативный гидролиз происходит в картофеле при его варке, в тесте при его замесе и выпечке под действием ферментов (амилазы). Этот процесс будет разобран подробнее при изучении технологии приготовления дрожжевого теста. В результате гидролиза крахмала образуются сахара.
При варке картофеля сахара переходят в отвар. Кислотный гидролиз крахмала частично происходит при варке соусов, киселей из кислых ягод.
При длительной варке соуса в декстрины и сахар превращается до 25% крахмала, содержащегося в муке, что существенно влияет на вкус, усвояемость и консистенцию соуса.
Декстринизация крахмала происходит при нагревании его до температуры 110 °С и выше. Она имеет место при жаренье картофеля, панированных изделий, выпекании мучных изделий, пассеровании муки, поджаривании крупы, запекании макаронных изделий и т. п. Образующиеся окрашенные пиродекстрины придают поверхностной корочке и всему продукту (муке, крупе) характерную окраску. Природный крахмал практически нерастворим в холодной воде. Но при нагревании происходит разрушение структуры крахмальных зерен и их набухание. Этот процесс называется клейстеризацией, в результате которой образуются крахмальные студни.
В зависимости от получающихся студней крахмалы делятся на картофельные -- когда студни прозрачные, и пшеничный или кукурузный -- когда студни мутные.
Процесс клейстеризации можно разделить на две стадии. В первой стадии крахмальные зерна еще не теряют свой структуры, а во второй -- превращаются в пузырьки. Оболочка этих пузырьков состоит из амилопектина; внутри находится раствор амилозы. Благодаря поглощению воды растворы крахмала делаются вязкими.
Первая стадия клейстеризации происходит при нагревании крахмала с малым количеством воды (до 100% от его веса) до 100 °С или нагревании его с большим количеством воды до температуры клейстеризации. Эта стадия достигается при выпечке мучных изделий.
Вторая стадия клейстеризации происходит при нагревании крахмала с большим количеством воды до температуры выше температуры клейстеризации. Для различных видов крахмала эти температуры неодинаковы: для картофельного -- 62-68 °С, пшеничного -- 53-57 °С, кукурузного -- 64-70 °С. При достижении второй стадии клейстеризации зерна поглощают значительное количество воды -- 200-400%. Неодинаковое поглощение воды крахмалом в значительной степени обусловливает разные выходы рассыпчатых каш, приготовленных из различных круп. При длительном нагревании малых доз крахмала с большим количеством воды крахмальные зерна набухают, увеличиваются в объеме во много раз и образовавшиеся пузырьки разрушаются. При этом вязкость крахмального студня резко падает. Этим объясняется разжижение киселей с малым количеством крахмала при длительном кипячении. Разрушению структуры крахмальных зерен способствуют кислоты, особенно лимонная. При хранении крахмальных студней наблюдается их старение (синерезис). При этом происходит перегруппировка частиц, образующих внутреннюю структуру студня, их уплотнение, в результате чего отделяется часть воды (например, при хранении киселей). Кроме того, происходит уменьшение количества растворимых веществ за счет перехода низкомолекулярных фракций амилозы в высокомолекулярные. Это наблюдается при хранении каши и макаронных изделий и вызывает снижение их качества.
При повторном нагревании блюда из круп и макаронных изделий восстанавливают свои свойства, но не в одинаковой степени: в гречневой каше и вермишели водорастворимые вещества восстанавливаются довольно полно даже после 24-часового хранения, в пшеничной -- на 50%, в рисовой -- на 20%.
Нагревание крахмала, особенно без воды, при температуре свыше 100 °С приводит к частичному разрушению крахмальных зерен, к потере способности к набуханию и образованию декстринов. Это имеет место при пассеровании муки, обжаривании круп.
Размягчение растительной ткани. Размягчение растительных продуктов при тепловой обработке повышает их усвояемость организмом. Главная причина размягчения растительных продуктов -- глубокие физико-химические изменения углеводов клеточных стенок. Основной углевод клеточных стенок --клетчатка, образующая их структурную основу. Отдельные клетки соединены прослойками из протопектина. Пектиновые вещества и полуклетчатка входят и в состав клеточных стенок. При тепловой обработке протопектины и другие нерастворимые вещества переходят в растворимый пектин. При этом связь между отдельными клетками значительно ослабевает. Растворение пектиновых веществ, полуклетчатки и пентозанов самих клеточных оболочек значительно ослабляет их, но не приводит к полному разрушению. Поэтому клеточная структура продукта в основном сохраняется. Большую роль в процессе размягчения растительной ткани играют кислотная среда и жесткость воды. При повышенной кислотности овощи плохо развариваются.
Поэтому супы, в состав которых входит картофель, соленые огурцы, уксус, щавель, варят так: в первую очередь кладут картофель, а затем продукты, содержащие кислоту. Эту же технологию соблюдают и при изготовлении других кулинарных изделий.
Изменение жиров. Жиры -- это вещества, играющие важную роль в питании человека. Они участвуют почти во всех жизненно важных процессах обмена в организме и влияют на интенсивность многих физиологических реакций. При исключении из пищи жиров или при их недостатке в тканях снижается синтез белков, углеводов, провитамина D, ряда гормонов, вследствие чего замедляется рост, понижается сопротивляемость организма к неблагоприятным воздействиям и заболеваниям. Жиры, так же как и углеводы, служат источником энергии для нашего организма. В рационе здорового человека они должны покрывать около 30% энергозатрат. При окислении в организме 1 г жира выделяется 9,0 ккал тепла.
Степень усвоения жиров колеблется от 80 до 98% и зависит во многом от температуры их плавления. Жиры с температурой плавления выше температуры нашего тела имеют обычно более низкую степень усвоения. Значение жиров определяется и тем, что они служат единственным источником жирорастворимых витаминов для человека.
Содержание жиров в различных пищевых продуктах неодинаково. В свежих овощах оно составляет доли процента, в мясных, рыбных и молочных продуктах -- несколько десятков процентов, а в топленых жирах, маргарине, растительном и сливочном масле жиры являются основной частью продукта.
По химической природе жиры представляют собой триглицериды -- соединения глицерина (в количестве около 10%) с тремя жирными кислотами. Свойства жиров зависят в основном от входящих в их состав жирных кислот. Жирные кислоты подразделяются на насыщенные и ненасыщенные. Последние обладают способностью присоединять к своей молекуле водород и другие элементы. К насыщенным жирным кислотам относятся пальмитиновая и стеариновая. К ненасыщенным, или непредельным, -- олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая. Две последние не синтезируются в организме в достаточном количестве и относятся к незаменимым факторам питания, биологическое значение которых приравнивается к витаминам. Большое количество полинасыщенных жирных кислот содержится в растительных маслах. Жиры в кулинарной практике объединяют широкий круг продуктов. К ним относят:
* жиры животного происхождения -- говяжий, бараний, свиной, свиное сало, сливочное масло и др.;
* жиры растительного происхождения -- подсолнечное, кукурузное, соевое, хлопковое, оливковое и другие масла;
* маргарины, кулинарные жиры.
При приготовлении пищи жиры используются как:
* антиадгезионное средство, уменьшающее прилипание продуктов к греющей поверхности при жарке;
* теплопроводящая среда при жарке (особенно во фритюре);
* растворители красящих веществ (каротинов) и ароматических веществ (пассерование моркови, томатов, лука и т. д.);
* составная часть рецептур при изготовлении соусов (майонез, польский, голландский и др.);
* структурообразователи при изготовлении слоеного и песочного теста.
Широкое использование жиров при жарке кулинарной продукции объясняется тем, что жарочная поверхность разогревается до температуры 280-300 °С, и продукт на такой поверхности сразу начинает прилипать и подгорать; жиры, обладая плохой теплопроводностью, понижают эту температуру до 150-180 С, обеспечивая образование румяной корочки поджаривания.
Кроме того, жарочная поверхность аппаратов характеризуется неравномерностью температурной площади (от 200 до 300 °С), а жиры выравнивают ее и обеспечивают равномерное поджаривание продуктов. Часть жира поглощается поверхностным слоем продукта, повышает его калорийность, участвует в формировании вкуса и аромата жареных изделий. При любом способе тепловой обработки продуктов в жирах происходят как гидролитические, так и окислительные изменения, обусловленные действием на жир высокой температуры, воздуха и воды. Преобладание того или иного процесса зависит от температуры и продолжительности нагревания, степени воздействия на жир воды и воздуха, а также веществ, способных вступать с жиром в химические взаимодействия.
Продукты химических превращений оказывают нежелательное влияние на пищевые свойства жиров. Так, при хранении жиров может происходить их окисление под действием кислорода воздуха. Процессы окисления жиров относят к типу самопроизвольно возникающих цепных реакций. Особенно чувствительны к действию кислорода полинасыщенные жирные кислоты. Поэтому жиры, содержащие их в, при хранении в присутствии воздуха, на свету и при повышенных температурах быстро окисляются, приобретая неприятный вкус и запах (прогоркают). Для предохранения от воздействия кислорода жиры хранят в темном помещении в емкостях с плотно закрытыми крышками.
Изменение жиров при варке и припускании.
При варке жир плавится, причем основная масса его собирается на поверхности бульона. Количество выделившегося жира зависит от его содержания и характера отложения в продукте, продолжительности варки, массы кусков. Так, из мяса при варке извлекается до 40% жира, из костей -- 25-40%. Тощая рыба при припускании теряет до 50% жира, средней жирности -- до 14%. Основная масса извлеченного жира собирается на поверхности бульона и лишь небольшая часть (до 10%) его эмульгирует, то есть распределяется в жидкости в виде мельчайших шариков.
Эмульгирование жира при варке -- явление нежелательное, так как под действием кислот и солей эмульгированный жир легко гидролизуется. Накапливающиеся в результате гидролиза жирные кислоты образуют с ионами калия и натрия, которые всегда присутствуют в бульонах, мыла, придающие бульонам неприятный салистый вкус.
Для снижения степени гидролиза жира и сохранения качества бульонов необходимо не допускать его бурного кипения, снимать периодически излишки жира с поверхности, солить бульон в конце варки.
Изменение жиров при жарке продуктов основным способом. Основной способ жаренья продукта происходит в небольшом количестве жира. При этом способе происходит частичная потеря жира, называемая угаром. Угар образуется за счет частичного дымообразования жира и его разбрызгивания. Разбрызгивание вызывается влажностью обжариваемого продукта, которая образуется за счет выделения влаги при высокой температуре (мясо, рыба, птица, обжариваемые овощи).
Кроме того, отдельные виды жиров, такие как маргарин, сливочное масло, имеют в своем составе повышенное содержание влаги, которая дает интенсивное разбрызгивание жира при его тепловом использовании.
Дымообразование связано с глубоким разложением жира при нагревании его до высокой температуры (170- 200 °С). Температура дымообразования зависит от интенсивности нагрева, вида жира, величины греющей поверхности и т. д.
Для обжаривания лучше использовать жиры с высокой температурой дымообразования (кулинарные жиры -- 230 °С, свиное сало -- 220 °С). Менее подходят для этой цели растительные масла с температурой дымоудаления 170-180 °С. В процессе обжаривания часть жира поглощается обжариваемым продуктом. Количество поглощаемого жира зависит от его влажности. Продукты, содержащие много белка (мясо, птица, рыба), поглощают мало жира за счет его денатурации.
Такой продукт, как картофель, в сыром виде поглощает жира больше при обжаривании, а в отварном виде -- меньше, за счет клейстеризации крахмала (связывания крахмала водой). Основная масса впитываемого жира накапливается в образуемой на поверхности корочке продукта.
При жарке мяса, птицы и рыбы поглощаемый ими жир эмульгируется в растворе глютина, образовавшегося при расщеплении коллагена. При этом продукт приобретает аромат, сочность и нежность.Изменение жиров при жарке продуктов во фритюре.
Обжаривание продукта во фритюре (большом количестве жира) подвергает жир большим изменениям, так как фритюр предназначен для более длительного использования, а следовательно, и нагревания. Кроме того, мелкие частицы продукта и панировки часто остаются в жире и сгорают, а образующиеся при этом вещества каталитически ускоряют разложение жира. При жарке во фритюре преобладают окислительные процессы (контакт с кислородом воздуха при температуре 160--190 °С) с образованием пероксидов и гидроперокси. дов (первичные продукты окисления), а затем вторичных (дикарбонильные соединения, ди- и полиоксикислоты и др.), при этом увеличивается вязкость жира.
Кроме окислительных процессов при фритюрном обжаривании продуктов частично идут и гидролитические процессы за счет влаги обжариваемых продуктов.
Физико-химические изменения, происходящие в жире при жарке, приводят к изменению его вкуса, запаха, цвета.
При обжаривании продукта во фритюре и во избежание быстрой потери его качества необходимо соблюдать ряд правил:
1. Выдерживать необходимый температурный режим (160-190 °С). При нагреве жира свыше 190 °С происходит его интенсивное разложение (пиролиз), при этом резко возрастает концентрация токсичных продуктов термоокисления.
2. Выдерживать соотношения продукта и жира (при периодический жарке от 1:4 до 1:6, при непрерывной 1:20).
3. Периодическая фильтрация жира.
4. Тщательная очистка жарочных емкостей от нагара в конце работы с тщательным удалением моющих средств.
5. Не допускать холостого нагрева жира, так как процесс окисления происходит быстрее.
6. Для обжаривания продуктов во фритюре использовать термостойкие жиры промышленного изготовления.
Образование новых вкусовых и ароматических веществ. В процессе кулинарной обработки продуктов образуется ряд новых вкусовых и ароматических веществ. Эти процессы имеют большое значение, но еще мало изучены наукой.
Гидролиз глюкозитов. Глюкозиты состоят из остатка Сахаров и несахарного компонента -- аглюкона. Многие аглюконы обладают острым вкусом и специфическим запахом. В горчице содержится глюкозит синегрин, который при изготовлении горчицы (настаивании ее) под действием ферментов распадается на сахар алилгорчичное масло.
Последнее придает готовой горчице остроту. Содержание в сырой свекле глюкозита антоцианида придает ей специфический горьковато-металлический привкус, который исчезает при тепловой обработке.
Гидролизом глюкозитов объясняется появление острого вкуса при натирании хрена.
Вещества, образующиеся при варке продуктов. В процессе варки продуктов образуются различные летучие ароматические и растворимые в воде вкусовые вещества.
Среди летучих веществ особое значение имеют формальдегиды, ацетальдегид и другие альдегиды, часть которых выделяется при реакции меланоидино-образования.
При гидролизе глюкозидов и распаде серосодержащих белков выделяется сероводород. Кроме того, образуются и другие серосодержащие летучие вещества-меркаптаны (мяса, яиц, капусты), дисульфиды (капусты, чеснока). При варке мяса, яиц, картофеля, капусты и при кипячении молока распадается ряд фосфорсодержащих соединений с выделением фосфористого водорода. Сочетание выделяющихся летучих веществ и придает вареным продуктам своеобразный вкус. При варке мяса, рыбы в отвар переходят не только содержащиеся в сыром продукте экстрактивные вещества, но и вновь образующиеся аминокислоты, креатины, креатинины и др.
Вещества, образующиеся при жаренье. При жаренье влажных продуктов в их толще происходят в основном те же процессы, что и при варке и припускании. В поверхностных обезвоженных слоях происходит пирогенетическое расщепление органических веществ. При этом образуются продукты карамелизации, сухой перегонки белков и углеводов, декстрины и другие вещества. Большое значение в формировании вкуса жареных продуктов имеют и продукты реакции меланоидинообразования. При изготовлении дрожжевого теста и выпечке изделий из него образуется ряд новых вкусовых и ароматических веществ, которые придают изделиям специфический запах и вкус.
Особое значение при образовании новых вкусовых и ароматических веществ имеют высшие спирты (сивушные масла), органические кислоты (молочная, уксусная, пропионовая, янтарная и др.), простые и сложные эфиры, кетоны, альдегиды.