Плодоовощная промышленность

Физико-химические изменения плодов и овощей при гидротермической обработке

Технологический процесс переработки плодов и овощей, как правило, предусматривает размягчение их ткани до состояния, готового для дальнейшего использования. Основной причиной размягчения паренхимной ткани в процессе тепловой обработки считают переход протопектина в растворимый пектин. При этом продолжительность и технологические параметры обработки плодов и овощей во многом определяются составом и свойствами пектиновых веществ клеточных стенок.

В процессе гидротермической обработки плодов и овощей в растительной ткани происходят различные физико-химические изменения. Эти изменения характерны для следующих температурных интервалов:

  • 30-45°С — клетки растительной ткани сохраняют целостность, повышается активность отдельных ферментов;
  • 40-60°С — цитоплазма клеток вследствие денатурации белков постепенно коагулирует, растет активность ферментов;
  • 55-75°С — увеличивается скорость денатурации белков цитоплазмы и мембран, нарушается избирательная проницаемость, начинается постепенная инактивация ферментов, отдельные компоненты клеточного сока и других структур ткани начинают взаимодействовать друг с другом;
  • 70-100°С — происходят размягчение ткани, инактивация ферментов, начинаются отдельные процессы распада веществ.

Вышеприведенные изменения в растительной ткани и пределы температурных интервалов приблизительны. Характер и размер действительных изменений зависят от многих факторов, в том числе от строения и химического состава тканей. Кроме того, большую роль играет режим теплового воздействия.

Свойства плодов и овощей, проявляемые при тепловой обработке

Физико-химические изменения в растительной ткани вызывают также изменения свойств продукта, прежде всего механических и органолептических. Механическая прочность растительной ткани в процессе гидротермической обработки снижается, в результате чего продукт размягчается, что связано в основном с ослаблением связи между клетками. Клеточные оболочки разрыхляются, но сохраняют целостность, а деструкция срединных пластинок, соединяющих соседние клетки между собой, происходит в большей степени. Следствием этого является значительное снижение сопротивляемости ткани механическим воздействиям (разрезанию, разжевыванию, протиранию). При этом клетки ткани легко отделяются одна от другой. Однако при гидротермической обработке плодов и овощей мацерации ткани не происходит.

Ослабление связей между клетками в процессе гидротермической обработки овощей и плодов связано с изменениями углеводов клеточных стенок, главным образом протопектина. Гидролиз протопектина при нагревании плодов и корнеплодов начинается при температуре 60°С и заметно интенсифицируется при температуре 80°С и выше.

Было установлено, что в результате гидротермической обработки овощей до готовности содержание протопектина понижается в свекле на 35,6 %; в моркови — на 24,1; капусте белокочанной — на 18,3; репе — на 17,7; тыкве — на 35,6; сельдерее — на 53,2 %. Горох разваривается тем лучше, чем больше в нем веществ, образующих нерастворимые соединения с ионами кальция и магния, в частности неорганического фосфора и фитина, и чем выше отношение содержания одновалентных катионов к двухвалентным.

Установленная закономерность совпала с периодом, когда наибольшее признание получила модель молекулы протопектина, предложенная Ф. Хенглейном, поэтому механизм размягчения растительных тканей стали рассматривать в основном как ионообменную реакцию между ионами одновалентных металлов, содержащихся в ткани, и ионами двухвалентных металлов, образующих в молекуле протопектина солевые мостики.

Физико-химические изменения плодов и овощей при гидротермической обработке

Так как эта реакция обратима, для того чтобы она протекала в направлении разрушения солевых мостиков, необходимо ионы Са и Мg выводить из реакции. В растительных продуктах веществами, связывающими ионы Са и Мg, являются органические кислоты, образующие с ними малорастворимые или нерастворимые в воде соли. Чем больше этих кислот в продукте, тем меньше требуется времени для доведения их до готовности. Однако для разных видов овощей взаимосвязь между Са-осадительной способностью сока и продолжительностью их гидротермической обработки не наблюдается.

Различие в свойствах овощей проявляется при обработке их с добавлением в варочную среду различных солей. Соли, имеющие один и тот же анион, но разные катионы, оказывают неодинаковое влияние на процесс варки (соли двухвалентных катионов, в основном Са и Мg, замедляют гидротермическую обработку, а соли одновалентных катионов К и Na — ускоряют). Одновременно было показано, что при добавлении солей кальция в варочную среду консистенция одних плодов и овощей уплотняется, а других — нет.

Такое поведение плодов и овощей в процессе гидротермической обработки при добавлении в варочную среду солей кальция, очевидно, связано с неодинаковым составом протопектина. В плодах и овощах, содержащих в клеточных стенках низкометоксилированный протопектин, при добавлении солей кальция в варочную среду происходит уплотнение растительной ткани. Ткань растительных продуктов, содержащих высокометоксилированный протопектин, при добавлении солей кальция не уплотняется.

Свойства растительных продуктов, содержащих высокометоксилированный протопектин, можно изменить, если их предварительно выдержать при температуре 55-70°С в растворе, например, хлористого кальция. Такие условия обработки вызывают деметоксилирование пектиновых веществ ферментом пектинметилэстеразой, содержащейся в тканях растительных продуктов, в результате чего происходит взаимодействие протопектина с кальцием, что упрочняет пектиновый гель в клеточных стенках и, таким образом, уплотняет ткань.

Различие в свойствах плодов и овощей проявляется также при гидротермической обработке их в кислой среде. Причем процесс размягчения плодов и овощей при этом носит более сложный характер.

В ходе гидротермической обработки яблок и груш в среде с различным значением рН максимальную прочность ткань плодов имела в среде с рН 4,3-4,9, которым соответствовал минимальный гидролиз протопектина. Смещение рН среды в ту или иную сторону от указанных значений способствует развариваемости плодов. Чернослив имеет минимум развариваемости при значении рН среды около 5,4. Для гороха различных сортов минимум развариваемости продукта лежит в пределах рН среды 4-5. При подкислении среды увеличивается концентрация водородных ионов, которые переводят в раствор осажденные фитаты Са++ и Мg++, что приводит к насыщению протопектина двухвалентными катионами. При сдвиге рН среды в нейтральную сторону происходит нарастание концентрации ОН-ионов, что не способствует растворимости фитатов Са++ и Мg++. В обоих случаях деструкция протопектина возрастает.

Вследствие расщепления протопектина в свекле, моркови и капусте в ходе тепловой обработки при значении рН среды от 3,5 до 7,0 (для капусты 3,0-7,0) количество пектина, извлекаемого из моркови и капусты, неизменно снижается по мере понижения рН среды. Однако количество пектина, извлекаемого из свеклы, понижается лишь до значения рН среды 5,1, а при дальнейшем подкислении оно увеличивается. Соответственно изменяется прочность ткани овощей, т. е. чем меньше извлекается пектина, а следовательно, в меньшей степени распадается протопектин, тем в меньшей степени понижается прочность ткани овощей при тепловой обработке.

Для свеклы, репы, картофеля и незрелых яблок при варке их в среде с рН 3-6,5 связь между изменением содержания протопектина и прочностью ткани приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Связь между изменением содержания протопектина и прочностью ткани
Рисунок 1 — Связь между изменением содержания протопектина и прочностью ткани

Как видно из графика (рисунок 1), прочность ткани максимальна при значении рН среды 4-4,5. Изменение величины рН от этих значений сопровождается понижением прочности ткани и увеличением содержания растворимого пектина.

Продолжительность варки картофеля в значительной степени зависит от вида добавляемой в варочную среду кислоты. При одном и том же значении рН среды, равном 3,5, уксусная кислота увеличивает сроки варки картофеля почти в 2 раза по сравнению с варкой в нейтральной среде и уплотняет его консистенцию. Лимонная кислота также замедляет разваривание картофеля, но в меньшей степени, чем уксусная. Продолжительность варки картофеля в растворе щавелевой кислоты практически равняется времени варки в нейтральной среде.

Видимо, щавелевая кислота является хорошим осадителем кальция и образует с ним нерастворимый оксалат кальция, способствуя тем самым расщеплению протопектина.

Данные о влиянии реакции среды на распад протопектина и консистенцию ткани моркови, свеклы и капусты при их варке приведены в таблице 1.

Таким образом, свойства продуктов растительного происхождения, проявляемые ими в процессе гидротермической обработки, зависят от многих факторов, отражающих состав продукта и внешние воздействия.

При этом основное внимание уделяется рассмотрению изменения полисахаридов клеточных стенок как важных веществ, формирующих структуру пищевых продуктов.

Таблица 1 - Влияние реакции среды на расщепление протопектина и консистенцию ткани овощей
Таблица 1 — Влияние реакции среды на расщепление протопектина и консистенцию ткани овощей

Характеристика протопектинового комплекса клеточных стенок сырых и вареных овощей

Изменение механической прочности растительной ткани при гидротермической обработке многие исследователи связывают с деструкцией протопектина клеточных стенок.

В таблицах 2 и 3 представлены данные об общем составе сырых и вареных овощей, прочности их ткани, а также составе клеточных стенок.

Морковь и свеклу варили целыми, очищенными от кожицы, капусту — нарезанную шашками.

Таблица 2 - Химический состав сырых и вареных овощей, %
Таблица 2 — Химический состав сырых и вареных овощей, %
Таблица 3 - Состав клеточных стенок и прочность ткани (в Па · 104) сырых и вареных овощей, %
Таблица 3 — Состав клеточных стенок и прочность ткани (в Па · 104) сырых и вареных овощей, %

По содержанию клеточных стенок исследуемые овощи располагаются в следующей последовательности: морковь > свекла > капуста белокочанная, что хорошо согласуется с прочностью тканей. Более 50 % массы клеточных стенок корнеплодов составляли пектиновые вещества. Содержание гемицеллюлоз в клеточных стенках свеклы вдвое превышает их количество в клеточных стенках моркови. По содержанию клетчатки корнеплоды практически не различаются.

В клеточных стенках белокочанной капусты содержание протопектина, гемицеллюлоз и клетчатки примерно одинаково.

При гидротермической обработке овощей в наибольшей степени подвергаются деструкции пектиновые вещества (протопектин), в меньшей — гемицеллюлозы, клетчатка изменяется незначительно.

В существенной степени снижаются зольность клеточных стенок вареных овощей и содержание в них белка.

Для изучения особенностей деструкции пектиновых веществ клеточных стенок овощей при гидротермической обработке определяли состав и качественные показатели их (таблица 4).

Таблица 4 - Состав пектиновых веществ и гемицеллюлоз клеточных стенок свежих и вареных овощей, %
Таблица 4 — Состав пектиновых веществ и гемицеллюлоз клеточных стенок свежих и вареных овощей, %

Состав пектиновых веществ свежих овощей отражает наличие фракций с различной степенью метоксилирования. Для свеклы характерно значительное содержание фракции высокоэтерифицированных пектиновых веществ, для капусты и моркови оно ниже. Специфика фракционного состава пектиновых веществ корнеплодов подтверждена их характеристикой, представленной в таблице 5.

Абсолютное содержание фракции пектиновых веществ, гидролизуемых в 0,013 н HCI, в клеточных стенках сырых овощей превышает их количество в клеточных стенках вареных овощей для свеклы в 2,3 раза, для моркови в 3,1 и для капусты белокочанной в 4 раза. Очевидно, при гидротермической обработке овощей пектиновые вещества подвергаются изменениям, которые включают не только их деметоксилирование, но и более глубокий распад с образованием растворимых продуктов.

При гидротермической обработке степень метоксилирования пектиновых веществ клеточных стенок моркови уменьшается на 11,7 %, свеклы — на 7,9, капусты — на 4,7 %, что может быть отнесено за счет эффекта пектинметилэстераз и гидротермических процессов (таблица 5).

Таблица 5 - Характеристика пектиновых веществ клеточных стенок свежих и вареных овощей, %
Таблица 5 — Характеристика пектиновых веществ клеточных стенок свежих и вареных овощей, %

Общее содержание гемицеллюлоз в клеточных стенках овощей при гидротермической обработке снижается, но в меньшей степени, чем пектиновых веществ. Некоторое возрастание в клеточных стенках вареных овощей фракции гемицеллюлоз А объясняется образованием присущих этой фракции полисахаридов в результате частичного гидролиза фракции гемицеллюлоз Б.

Таким образом, в результате гидротермической обработки свеклы, моркови и капусты белокочанной входящие в состав клеточных стенок пектиновые вещества и гемицеллюлозы подвергаются деструкции с образованием растворимых продуктов. Снижается также степень метоксилирования пектиновых веществ (высокометоксилированных свеклы и среднеметоксилированных моркови и капусты белокочанной).

Деструкция полисахаридов клеточных стенок влечет за собой снижение механической прочности ткани овощей.

С целью более детального исследования процесса деструкции полисахаридов клеточных стенок овощей при гидротермической обработке, исследовали моносахаридный состав клеточных стенок в целом и отдельно пектиновых веществ и гемицеллюлоз (таблица 6 и 7).

Таблица 6 - Состав моносахаридов, определяемых в клеточных стенках овощей, %
Таблица 6 — Состав моносахаридов, определяемых в клеточных стенках овощей, %
 Таблица 7 - Состав моносахаридов, определяемых в пектиновых веществах клеточных стенок овощей, %
Таблица 7 — Состав моносахаридов, определяемых в пектиновых веществах клеточных стенок овощей, %

Общее содержание определяемых моносахаридов в гидролизатах клеточных стенок свежих овощей колеблется от 17,7 % в капусте до 24,25 % в свекле. Преобладающими сахарами являются арабиноза игалактоза, в капусте белокочанной в значительном количестве определена также ксилоза, а в свекле — манноза.

После гидротермической обработки овощей содержание моносахаридов, определяемых в клеточных стенках, снижается в результате  гидролиза и перехода в растворимое состояние лабильной части полисахаридов.

Анализ состава моносахаридов, определяемых в пектиновых веществах клеточных стенок овощей, свидетельствует, что преобладающими 20 моносахаридами являются арабиноза и галактоза подобно моносахаридам в клеточных стенках. Рамноза, определяющая конформацию молекулы рамногалактуронана, обнаружена в большем количестве в пектиновых веществах клеточных стенок свеклы (1,33%) и в меньшем количестве в моркови (1,10%) и капусте (0,77%).

Подобно характеру изменения моносахаридного состава клеточных стенок после гидротермической обработки овощей содержание моносахаридов, определяемых в пектиновых веществах клеточных стенок, понижается.

Большое значение имеет установленное отношение суммарного количества арабинозы и галактозы к количеству рамнозы в пектиновых веществах клеточных стенок овощей и исходных клеточных стенках (таблица 8).

Таблица 8 - Отношение суммарного количества арабинозы и галактозы к количеству рамнозы в клеточных стенках и пектиновых веществах овощей
Таблица 8 — Отношение суммарного количества арабинозы и галактозы к количеству рамнозы в клеточных стенках и пектиновых веществах овощей

Из данных таблицы 8 следует, что отношение суммарного количества определяемых арабинозы и галактозы к количеству определяемой рамнозы в клеточных стенках выше, чем в пектиновых веществах  как для свежих, так и для вареных овощей. Одновременно для клеточных стенок и пектиновых веществ это отношение ниже для свежих овощей и выше для вареных.

Подобная закономерность отражает факт высокой степени деструкции протопектинового комплекса клеточных стенок овощей при гидротермической обработке. Отмеченные моносахариды являются важными компонентами протопектинового комплекса. Образующиеся при деструкции протопектинового комплекса различные фрагменты галактана и арабинана обладают высокой растворимостью, в результате чего в выделенных из клеточных стенок свежих и вареных овощей пектиновых веществах снижается отношение суммарного количества арабинозы и галактозы к количеству рамнозы.

Моносахаридный состав гемицеллюлоз, особенно фракций А и В, клеточных стенок овощей характеризуется существенными различиями (таблица 9).

Таблица 9 - Состав моносахаридов, определяемых в пектиновых веществахклеточных стенок овощей, %
Таблица 9 — Состав моносахаридов, определяемых в пектиновых веществахклеточных стенок овощей, %

Преобладающими сахарами, определяемыми в гемицеллюлозах А клеточных стенок моркови и свеклы, являются ксилоза, глюкоза и манноза, а в клеточных стенках капусты — ксилоза.

Во фракции гемицеллюлоз Б клеточных стенок овощей доминирующими сахарами являются ксилоза, глюкоза, манноза. Вместе с тем, следует отметить, что во фракции гемицеллюлоз А клеточных стенок капусты превалирующим сахаром как до варки, так и после нее является ксилоза, а глюкоза и манноза определяются в количестве, не превышающем содержание других моносахаридов.

Общее содержание моносахаридов, установленных в гемицеллюлозах клеточных стенок моркови и свеклы, значительно превышает количество моносахаридов, определяемых в гемицеллюлозах клеточных стенок капусты.

При гидротермической обработке овощей, как было показано ранее (см. таблицу 4), происходит деструкция гемицеллюлоз, и их определяемое количество после варки снижается. Одновременно при общем снижении количества гемицеллюлоз в клеточных стенках овощей после варки количество определяемой в них фракции гемицеллюлоз А превышает ее абсолютное количество в гемицеллюлозах клеточных стенок овощей до варки. Количество определяемых моносахаридов в этой фракции гемицеллюлоз А после варки овощей превышает их открываемое количество во фракции гемицеллюлоз А клеточных стенок свежих овощей.

Увеличение количества фракции гемицеллюлоз А ранее было объяснено переходом в лабильную форму части гемицеллюлоз Б при гидротермической обработке овощей. Анализ моносахаридного состава гемицеллюлоз позволяет свидетельствовать о повышенном содержании в образовавшейся лабильной фракции гемицеллюлоз Б моносахаридов галактозы и ксилозы, так как именно эти моносахариды обусловливают увеличение общего количества открываемых моносахаридов во фракции гемицеллюлоз А после гидротермической обработки овощей.

Общее количество открываемых моносахаридов во фракции гемицеллюлоз Б клеточных стенок овощей после гидротермической обработки снижается, особенно в гемицеллюлозах свеклы и капусты: в свекле особенно за счет арабинозы, ксилозы и маннозы, в капусте за счет галактозы, ксилозы и глюкозы.

Таким образом, клеточные стенки овощей и входящие в их состав пектиновые вещества и гемицеллюлозы существенно различаются по количественному составу определяемых в их гидролизатах моносахаридов.
В гидролизатах клеточных стенок и пектиновых веществ преобладающими сахарами являются арабиноза и галактоза, которые являются важной составной частью пектиновых веществ. Из этого следует, что в процессе гидротермической обработки овощей именно пектиновая фракция клеточных стенок подвергается деструкции в наибольшей степени. Гемицеллюлозы подвергаются деструкции в меньшей степени.

Возможно, что различие в общем количестве определяемых моносахаридов в моркови, свекле и капусте обусловлено разницей в содержании карбоксильных групп.

Очевидно, что деструкция протопектинового комплекса при гидротермической обработке овощей включает два процесса: процесс распада связей между цепями макромолекул рамногалактуронана с другими компонентами клеточных стенок и гидролиз самих цепей макромолекул рамногалактуронана, в результате чего образуются продукты распада с различной молекулярной массой, растворимые в воде.

В результате гидротермической обработки свеклы, моркови и капусты белокочанной средняя молекулярная масса пектиновых веществ, выделенных из вареных овощей, была меньше средней молекулярной массы пектиновых веществ, выделенных из свежих овощей, для свеклы на 12,5 %, моркови на 9,9 и капусты белокочанной на 6,1 %.

Более высокую степень гидролиза макромолекул рамногалактуронана протопектинового комплекса свеклы можно объяснить повышенной лабильностью к гидролизу макромолекул рамногалактуронана с высокой степенью метоксилирования.

Распад связей между макромолекулами рамногалактуронана в протопектиновом комплексе свидетельствует о том, что макромолекулы рамногалактуронана в протопектине клеточных стенок взаимодействуют между собой отрезками цепей макромолекул, ограниченными рамнозой, по-разному в зависимости от степени метоксилирования остатков галактуроновой кислоты и образуют конгломераты с различными свойствами.

Эти конгломераты являются узлами структуры студневого каркаса протопектина в клеточных стенках, их распад при гидротермической обработке обусловливает размягчение ткани продуктов.

Можно полагать, что структура таких конгломератов пектиновых веществ в матриксе клеточных стенок свеклы близка к структуре узлов студней пектиновых веществ с высокой степенью метоксилирования и обусловлена в первую очередь взаимодействием метоксилированных остатков галактуроновой кислоты макромолекул рамногалактуронана. Структура конгломератов пектиновых веществ в матриксе клеточных стенок моркови и капусты белокочанной будет определяться в значительной степени хелатными связями ионизированных остатков галактуроновой кислоты макромолекул рамногалактуронана с кальцием.

Чтобы проверить высказанное предположение, были определены зольность и элементарный состав золы клеточных стенок из сырых и вареных овощей (таблица 10).

Таблица 10 - Минеральный состав клеточных стенок овощей
Таблица 10 — Минеральный состав клеточных стенок овощей

Прежде всего, следует отметить, что определяемые элементы — калий, натрий, кальций и магний содержатся в клеточных стенках овощей не пропорционально их количеству в овощах (таблица 11). Большая часть элементов клеточных стенок овощей приходится на калий и кальций, в меньшем количестве в них содержатся натрий, магний.

По содержанию кальция клеточные стенки моркови и капусты белокочанной существенно отличаются от клеточных стенок свеклы. Содержание кальция в клеточных стенках моркови на 124 %, а в клеточных стенках капусты белокочанной на 200 % превышает его содержание в клеточных стенках свеклы.

При гидротермической обработке овощей заметно снижается содержание в клеточных стенках калия, в меньшей степени это выражено для натрия, а содержание кальция и магния практически не изменяется и в отдельных случаях даже увеличивается.

Таблица 11 - Минеральный состав овощей
Таблица 11 — Минеральный состав овощей

В клеточных стенках моркови содержание кальция после варки возросло на 15 %, в клеточных стенках свеклы — на 32 %, в клеточных стенках капусты белокочанной уменьшилось на 11 %. С учетом изменения массы клеточных стенок содержание кальция в клеточных стенках моркови снизилось на 12 %, в клеточных стенках капусты белокочанной — на 50 %, а в клеточных стенках свеклы увеличилось на 10 %.

Установленное возрастание содержания кальция в клеточных стенках свеклы после гидротермической обработки невозможно объяснить с позиции существующего представления о механизме деструкции протопектина вследствие распада хелатных связей между макромолекулами рамногалактуронана в ходе ионообменных реакций с одновалентными ионами калия и натрия. Это увеличение можно объяснить понижением степени метоксилирования пектиновых веществ клеточных стенок, возрастанием их кислых свойств и способностью образовывать хелатные связи.

Однако понижение степени метоксилирования пектиновых веществ клеточных стенок моркови и капусты белокочанной после гидротермической обработки сопровождается не повышением содержания в клеточных стенках кальция, а понижением его количества, что свидетельствует о разном механизме деструкции протопектина при гидротермической обработке овощей с разной степенью метоксилирования пектиновых веществ.

Таким образом, при тепловой обработке овощей и фруктов деструкция протопектина происходит как в результате распада хелатных связей между ионизированными остатками галактуроновой кислоты в макромолекуле рамногалактуронана, так и вследствие распада водородных связей между метоксилированными остатками галактуроновой кислоты в соседних макромолекулах рамногалактуронана. При этом образуются производные пектиновые вещества с различной растворимостью: хорошо растворимый пектин с большим количеством ионизированных остатков галактуроновой кислоты в макромолекулах рамногалактуронана и слаборастворимый пектин с повышенным количеством метоксилированных остатков галактуроновой кислоты в макромолекулах рамногалактуронана. Поэтому для деструкции матрикса клеточных стенок овощей и фруктов с высокой степенью метоксилирования пектиновых веществ необходима достаточная обводненность клеточных стенок, которая всегда имеется при гидротермической обработке продуктов и может отсутствовать при сухом нагреве.

Некоторые исследователи связывают продолжительность тепловой обработки продуктов растительного происхождения с содержанием в них одновалентных и двухвалентных катионов. Чем больше отношение суммы одновалентных катионов к сумме двухвалентных, тем быстрее развариваются продукты растительного происхождения. Одновременно отмечено отсутствие такой зависимости для капусты белокочанной.

В исследованных овощах отношение суммы калия и натрия к сумме кальция и магния составило для моркови 9,4, для свеклы — 6,5, что находится в обратно пропорциональной зависимости с продолжительностью тепловой обработки этих продуктов.

Расчет количества эквивалентов пектиновых веществ и ионов металлов в клеточных стенках свидетельствует о том, что все катионы металлов, присутствующие в клеточных стенках, практически связаны с пектиновыми веществами (см. таблицу 10). Поэтому очевидно, что отмеченная выше зависимость между количеством одновалентных и двухвалентных катионов и продолжительностью тепловой обработки овощей и фруктов может приниматься во внимание только для одного и того же продукта разных сортов. Так же неправомерно учитывать подобную зависимость на основе содержания катионов металлов только в клеточных стенках.

В реакциях ионообмена, протекающих при тепловой обработке овощей и фруктов, активное участие принимают органические кислоты, образующие с кальцием малорастворимые соединения. В исследованных овощах отношение количества эквивалентов кальция к количеству эквивалентов кислот, образующих с ним малорастворимые соединения, было установлено для моркови 1,2%, для свеклы — 0,7; для капусты — 1,1, что находится в хорошем соответствии с продолжительностью тепловой обработки продуктов.

Все сказанное подтверждает активную роль ионообменных реакций в процессе деструкции матрикса клеточных стенок, в состав которого входят пектиновые вещества с низкой или средней степенью метоксилирования.

Таблица 12 - Содержание клеточных стенок и золы и соотношение их масс в овощах, %
Таблица 12 — Содержание клеточных стенок и золы и соотношение их масс в овощах, %

Интересные данные представлены в таблице 5. Они свидетельствуют о том, что в ходе деструкции протопектина клеточных стенок моркови, свеклы и капусты белокочанной в первую очередь изменяется входящая в состав протопектина фракция пектиновых веществ с высокой степенью метоксилирования с образованием при этом растворимых продуктов. В клеточных стенках после гидротермической обработки овощей остаются фракции пектиновых веществ с пониженной степенью метоксилирования. Кроме того, следует учитывать частичное деметоксилирование пектиновых веществ клеточных стенок в целом при гидротермической обработке. Одновременно представленные в табл. 1.12 данные подтверждают ранее полученные результаты (см. таблицу 10) о том, что большая часть катионов металлов в клеточных стенках связана с пектиновыми веществами. При деструкции последних с образованием водорастворимых фракций и переходе последних в раствор вместе с ними переходят и связанные с ними катионы. В результате соотношение массы золы и массы клеточных стенок в сырых и вареных овощах остается постоянным.

Влияние различных электролитов на деструкцию клеточных стенок овощей

С целью обоснования предложенного механизма деструкции клеточных стенок овощей при тепловой обработке исследовалось влияние на размягчение ткани овощей различных электролитов. Для этого клеточные стенки обрабатывали в растворах электролитов хлористого натрия, уксуснокислых солей калия и натрия, которые не осаждают кальций, а также лимоннокислых и щавелевокислых солей калия и натрия, образующих с кальцием слаборастворимые или нерастворимые соединения. Концентрацию солей выбирали с учетом наличия золы в клеточных стенках, чтобы устранить влияние последней.

Степень деструкции клеточных стенок характеризовали по содержанию в экстрактах растворимых компонентов клеточных стенок (арабинозы, галактозы и галактуроновой кислоты), которое сравнивали с содержанием этих углеводов в исходных стенках (таблица 13 и 14).

При нагревании клеточных стенок в дистиллированной воде (таблица 13), где происходит ионный обмен части катионов металлов при карбоксильных группах полисахаридов на протоны, деструкция полисахаридов моркови, свеклы и капусты белокочанной протекает практически в равной степени.

При обработке клеточных стенок моркови, свеклы и капусты в растворах различных солей происходит ионный обмен, в ходе которого полисахаридный комплекс клеточных стенок обогащается ионами натрия или калия, в результате чего растворимость продуктов деструкции полисахаридов возрастает, и сам процесс деструкции протекает в большей степени.

С повышением в растворе концентрации хлористого натрия ионный обмен возрастает, что влечет за собой усиление процесса деструкции и увеличение концентрации структурных компонентов клеточных стенок в экстрактах. При этом процесс деструкции возрастает в большей степени в клеточных стенках моркови и капусты белокочанной (на 5-10 %) и в меньшей степени в клеточных стенках свеклы(на 2-3 %), что объясняется высокой степенью метоксилирования пектиновых веществ свеклы.

Таблица 13 - Содержание структурных компонентов при нагревании клеточныхстенок овощей в различных средах, %
Таблица 13 — Содержание структурных компонентов при нагревании клеточныхстенок овощей в различных средах, %

Представленные в таблице 14 данные свидетельствуют о том, что в растворах всех исследованных электролитов деструкция клеточных стенок овощей возрастает, особенно в клеточных стенках капусты белокочанной.

Неодинаковый эффект электролитов на деструкцию клеточных стенок капусты белокочанной и свеклы объясняется различием в степени метоксилирования пектиновых веществ, входящих в их состав.

Ионный обмен интенсивнее протекает в клеточных стенках капусты белокочанной, содержащей пектиновые вещества со средней степенью метоксилирования, и в меньшей степени — в клеточных стенках свеклы, содержащих пектиновые вещества с высокой степенью метоксилирования.

Таблица 14 - Содержание галактуроновой кислоты в экстрактах клеточных стенок капусты и свеклы, обработанных в растворах электролитов, %
Таблица 14 — Содержание галактуроновой кислоты в экстрактах клеточных стенок капусты и свеклы, обработанных в растворах электролитов, %

В присутствии солей лимонной и особенно щавелевой кислот ионный обмен сдвигается в сторону образования мало- и практически нерастворимых солей кальция с анионами этих солей, и вследствие образования хорошо растворимых калиевых и натриевых солей пектиновых веществ процесс деструкции клеточных стенок возрастает.

Дополнительно исследовали эффект выщелачивания на деструкцию ткани моркови и свеклы при нагревании и влияние на этот процесс насыщения выщелоченных препаратов овощей различными солями калия и натрия (таблица 15).

Таблица 15 - Содержание продуктов деструкции в экстрактах клеточных стенок моркови и свеклы, обработанных различными электролитами
Таблица 15 — Содержание продуктов деструкции в экстрактах клеточных стенок моркови и свеклы, обработанных различными электролитами

Данные свидетельствуют, что при тепловой обработке ионный обмен в большей степени играет роль в процессе деструкции ткани овощей, пектиновые вещества которых имеют невысокую степень метоксилирования, в данном случае моркови.

Удаление из корнеплодов при выщелачивании одновалентных катионов калия и натрия, а также кислот, образующих с кальцием малорастворимые и нерастворимые соли, приводит к тому, что интенсивность процесса деструкции клеточных стенок в выщелоченных препаратах моркови при гидротермической обработке снижается в 2,5 раза.

Последующее насыщение препаратов моркови оксалатами натрия и калия, анионы которых образуют с кальцием практически нерастворимые соли, приводит к тому, что интенсивность процесса деструкции возрастает почти в 3 раза.

Насыщение предварительно выщелоченных препаратов моркови хлористыми солями калия и натрия интенсифицирует процесс деструкции клеточных стенок корнеплода по сравнению с выщелоченным препаратом лишь на 10-15 %, т. е. интенсивность деструкции насыщенных хлористыми солями препаратов моркови снижается против исходных образцов в 2,2 раза.

Отсутствие эффекта влияния хлористых солей натрия и калия на интенсификацию процесса деструкции клеточных стенок как моркови, так и свеклы объясняется тем обстоятельством, что в насыщенных этими солями препаратах корнеплодов отсутствуют кислоты, образующие с кальцием малорастворимые или нерастворимые соли.

Выщелачивание и последующее насыщение исследуемыми солями препаратов свеклы отражается на интенсивности процесса деструкции ее клеточных стенок вследствие высокой степени метоксилирования входящих в их состав пектиновых веществ в меньшей степени, чем в опытах с морковью.

Между интенсивностью процессов деструкции клеточных стенок выщелоченных и насыщенных различными солями препаратов свеклы и моркови и продолжительностью их тепловой обработки имеется хорошая корреляция.

Так, продолжительность тепловой обработки выщелоченных образцов моркови составляет 57 мин против 20 мин контрольного образца. Насыщение выщелоченных образцов 1 %-ными растворами хлористого натрия и калия несколько уменьшает время тепловой обработки (соответственно до 50 и 48 мин). Весьма заметно уменьшается продолжительность обработки образцов моркови, насыщенных 0,1 н растворами щавелевокислых натрия и калия (соответственно до 7 и 5 мин).

Продолжительность тепловой обработки выщелоченных образцов  свеклы тоже снижается, но в значительно меньшей степени, чем моркови. Продолжительность тепловой обработки выщелоченных образцов свеклы составляет 50 мин против 37 мин контрольного образца.

Насыщение выщелоченных образцов свеклы 1 %-ными растворами хлористого натрия и калия и 0,1 н растворами щавелевокислого натрия и калия снижает продолжительность тепловой обработки (соответственно до 45, 44, 20 и 18 мин).

Отмеченное ранее (см. таблицу 13) видимое противоречие в результатах влияния хлористых солей натрия и калия на продолжительность тепловой обработки выщелоченных образцов корнеплодов, по сравнению с действием этих солей на продолжительность тепловой обработки исходных моркови и свеклы, объясняется тем, что в процессе выщелачивания частично перешли в кислую форму карбоксильные группы остатков галактуроновой кислоты рамногалактуронана, ранее находившиеся в солевой форме с ионами натрия и калия. Значение рН среды ткани при этом сдвинулось в кислую сторону, что обусловливает увеличение продолжительности тепловой обработки овощей.

При варке целых корнеплодов моркови и свеклы в воде с различной жесткостью (таблица 16) было установлено, что с увеличением жесткости воды продолжительность тепловой обработки увеличивается в большей степени для моркови, чем для свеклы, так как ионообменные процессы в клеточных стенках моркови при тепловой обработке протекают в большей степени, чем в клеточных стенках свеклы.

Таблица 16 - Зависимость продолжительности варки моркови и свеклы от жесткости воды, мин
Таблица 16 — Зависимость продолжительности варки моркови и свеклы от жесткости воды, мин

При изучении влияния концентрации хлористого натрия в варочной среде на прочность ткани моркови и свеклы (таблица 17) данные свидетельствуют, что с более высокой концентрацией происходит падение механической прочности ткани корнеплодов в большей степени. Можно полагать, что с увеличением концентрации хлористого натрия повышается ионный обмен в ткани корнеплодов, усиливается деструкция клеточных стенок и понижается прочность ткани. В моркови эти процессы выражены сильнее, чем в свекле.

Таблица 17 - Прочность ткани моркови и свеклы, подвергнутых варке в течение 5 мин в растворах хлористого натрия, ед. пенетрации
Таблица 17 — Прочность ткани моркови и свеклы, подвергнутых варке в течение 5 мин в растворах хлористого натрия, ед. пенетрации

Таким образом, при гидротермической обработке моркови и свеклы в растворах различных солей в корнеплодах протекают ионообменные реакции, в ходе которых полисахаридный комплекс клеточных стенок подвергается деструкции с образованием растворимых продуктов. В ходе ионообменных реакций в большей степени подвергается деструкции полисахаридный комплекс клеточных стенок моркови, что соответствует особенностям структуры пектиновых веществ с пониженной степенью метоксилирования в клеточных стенках корнеплода.

На характер деструкции протопектина клеточных стенок овощей и фруктов значительно влияет кислотность варочной среды.

В таблице 18 приведены данные о продолжительности варки капусты белокочанной, свеклы и моркови в подкисленной лимонной кислотой варочной среде.

Таблица 18 - Продолжительность варки капусты белокочанной, моркови и свеклы при различных значениях рН среды
Таблица 18 — Продолжительность варки капусты белокочанной, моркови и свеклы при различных значениях рН среды

Следует отметить, что в условиях эксперимента при соотношении варочной среды и продукта 1:1 значение рН среды не выдерживалось постоянным в течение всего процесса. Заданное значение рН среды в начале процесса к моменту его завершения изменялось. В таблице 18 приведены значения рН среды отваров на момент окончания процесса.

Подкисление среды до значения рН 4,15-5,70 проявляется для свеклы главным образом в понижении растворимости структурных элементов протопектина клеточных стенок вследствие снижения диссоциации ионизированных остатков галактуроновой кислоты в макромолекулах рамногалактуронана, что ведет к упрочению каркаса пектинового студня в матриксе, снижению растворимости продуктов деструкции пектиновых веществ и увеличению продолжительности варки свеклы до готовности. При дальнейшем подкислении среды в результате значительного гидролиза гликозидных связей в макромолекулах рамногалактуронана структура протопектина, несмотря на пониженную диссоциацию ионизированных остатков галактуроновой кислоты, значительно ослабевает и время доведения продуктов до готовности сокращается.

Большее содержание ионизированных остатков галактуроновой кислоты в протопектине капусты и моркови повышает устойчивость гликозидных связей в макромолекулах рамногалактуронана к кислотному гидролизу, вследствие чего ослабление структуры протопектина, приводящее к достижению продуктом кулинарной готовности, наступает при более низких значениях рН среды.

Щелочная среда при варке капусты белокочанной, моркови и свеклы способствует размягчению ткани овощей.

Продолжительность варки в щелочной среде капусты белокочанной составляет 10 мин, моркови – 11 и свеклы – 16 мин.

Механизм нарушения структуры матрикса клеточных стенок овощей в щелочной среде выражается в частичном растворении гемицеллюлоз, деметоксилировании пектиновых веществ и частичном гидролизе гликозидных связей в макромолекулах рамногалактуронана с образованием хорошо растворимого пектина.

Наличие пектина в составе прошедших гидротермическую обработку овощей позволяет предполагать возможность их использования для производства продуктов питания, в формировании структуры которых пектиновые вещества играют важную роль.

Целесообразность использования пектиновых веществ в составе растительных добавок при производстве пищевых продуктов обусловлена также возможностью покрыть их дефицит, который в настоящее время удовлетворяется за счет экспорта пектиновых веществ из других стран.