II. Węglowodany

1. Występowanie węglowodanów w żywności- przykłady

MONOSACHARYDY

Sacharyd

Występowanie

Aldopentozy i pochodne L-Arabinoza D-Ksyloza D-Ryboza D-Apioza - charakterystyczny posmak, lekkostrawna Aldoheksozy L-Fukoza D-Galaktoza Kwas beta-D-galakturonowy D-Glukoza D-Mannoza L-Ramnoza Ketoheksozy (heksulozy) D-fruktoza D-Psikoza L-Sorboza Pochodne ketoheksoz D-Glukozoamina Ketoheptozy D-manno-2-heptuloza

- (1 i 2) gumy roślinne, saponiny - Produkty fermentacji alkoholowej - Kwas rybonukleinowy - Pietruszka, nasiona selerów - Mleko kobiece, algi, gumy roślinne - Śluzy i gumy roślinne, oligo- i polisacharydy - Pektyna - Składnik organizmów roślinnych i zwierzęcych - Pomarańcze, śluzy roślinne, błony - Śluzy, gumy roślinne, glikozydy, pektyny, saponiny - Owoce i miód - Odpad po fermentacji melasy - Jarzębina - Chityna i chitosan - Owoce awokado

2. Węglowodany w owocach i warzywach- przykłady

Owoce bogate w fruktozę

• Winogrona

• Gruszki dominującym cukrem jest fruktoza, wpływa na wysoką słodkość

• Wiśnie

Owoce bogate w glukozę

• Winogrona, wiśnie

Owoce bogate w sacharozę

• Brzoskwinie najlepsze do konserwowania

• Jabłka (średnia zawartość)

Truskawki Mało węglowodanów, dieta odchudzająca

Warzywa bogate w fruktozę

• Pomidor, cebula

Warzywa bogate w glukozę

• Pomidor

• Cebula dodatkowy cukier (skorodoza) odpowiedzialny za rumienienie (karmelizacja)

Warzywa bogate w sacharozę

• Burak czerwony

• Słodka kukurydza, słodki ziemniak

• Groszek, fasola

3. Słodkość: względna słodkość najważniejszych związków

Słodkość

• Smak cukrów jest słodki

• Słodkość mierzy się stosując analizę sensoryczną. Jako wzorzec stosuje się 10% roztwór sacharozy. Jednostka słodkości, tzw. względna słodkość (RS - relative sweetness) takiego roztworu wynosi 1;

Słodkość < 1 - mniej słodki niż sacharoza; Słodkość > 1 - słodszy od sacharozy

• Słodkość glukozy 0,6

• D-fruktoza słodsza niż sacharoza, pozostałe cukry mniej słodkie

• Temperatura wpływa na słodkość

Względna słodkość (RS) 10% wodnych roztworów różnych związków (sacharoza = 1,0)

Związek	RS
Sacharoza Fruktoza Cukier inwertowany Glukoza Galaktoza Laktoza Stachioza Alkohole cukrowe -Ksylitol -Mannitol -Sorbitol Miód Melasa Sztuczne środki słodzące -Aspartam -Sacharyna	1 1,6-1,8 1,3 0,7-0,8 ok. 0,3 0,2-0,3 0,1 0,4-1,2 0,97 0,74 200 200-700

4. Naturalne sacharydowe środki słodzące stosowane w Polsce

D-Glukoza

• Ze względu na szybkie wchłanianie jest źródłem energii dla chorych

• Jest popularnym środkiem słodzącym do piwa, napojów orzeźwiających i czekolady

• Do jej metabolizmu potrzebna jest insulina, dlatego nie jest wskazana dla diabetykó

D-Fruktoza

• Najlepiej rozpuszczalna w wodzie spośród sacharydów

• Stosowana do słodzenia soków, w których nie krystalizuje przy przechowywaniu

• Jest higroskopijna, a więc zapobiega utracie wilgoci w przechowywanych produktach żywnościowych np. owocach kandyzowanych

• Metabolizuje do glikogenu i to bez udziału insuliny, dlatego jest używany przez diabetyków

• Jego wartość energetyczna jest mniejsza niż D-glukozy

• Pozytywne cechy D-fruktozy to również przyspieszanie metabolizmu etanolu oraz niewywoływanie i niepodtrzymywanie rozwoju próchnicy

Laktoza

• Czyli cukier mlekowy, (4,8 - 5,1% w mleku ssaków)

• Słabo rozpuszczalna w wodzie

• Wydajnym źródłem laktozy jest serwatka

• Laktoza jest używana jako nośnik innych środków słodzących i dodatek polepszający smak produktów mlecznych

• Negatywną stroną wykorzystywania laktozy może być to, że do jej metabolizowania potrzebny jest enzym beta-D-galaktozydaza

Sacharoza

• Szybko się wchłania i metabolizuje

• Powoduje to okresowy, duży nadmiar glukozy w organizmie, która przekształca się w tedy w lipidy

• Z powodu jej dużej wartości odżywczej oraz potrzeby insuliny do jej metabolizowania należy ograniczać spożycie sacharozy

5. Cukier inwertowany i syropy skrobiowe

Syropy skrobiowe - są produktami hydrolizy skrobi i są stosowane w wyrobach cukierniczych i innych produktach jako środki słodzące i teksturotwórcze. Są one TANIE, w Polsce otrzymywane ze skrobi ziemniaczanej, w USA z kukurydzianej. (Ciekawostka: w batonach TWIX substancja ciągnąca się to właśnie syropy skrobiowe)

Typ 1: Syrop maltodekstrozowy

- Słodkość 0,2

- Gęsty

- Raczej jako środek teksturotwórczy

Typ 2: Syrop maltozowy

- Słodkość 0,4-0,5

- Maltoza dominująca

- Stosowany w celach strukturotwórczych i do słodzenia

Typ 3: Syrop glukozowy

- Słodkość 0,7-0,8

- Dominuje glukoza

- Podstawowy w pralinkach i cukierkach

Typ 4: Syropy fruktozowo - glukozowe do słodzenia soków i różnych napojów

Cukier inwertowany - jest wytwarzany poprzez hydrolizę kwasową sacharozy

H2O + sacharoza H+ glukoza + fruktoza

Proces ten nazywa się „inwersją” sacharozy, odbywa się w środowisku kwaśnym (HCl) - na gorąco

Stanowi mieszaninę 50:50 glukozy i fruktozy

Zastosowanie sztuczny miód

Oligosacharydy: rafinoza i stachioza

• Prozdrowotne, lubiane przez drobnoustroje

• Produkowane przez bakterie mlekowe

6. Alkohole cukrowe, redukcja sacharyd ów i alkoholi

Alkohole cukrowe

• Doskonale rozpuszczalne w wodzie i w alkoholach

• Są odporniejsze od sacharydów na niskie pH i higroskopijne

• Ich słodki smak trwa przez dłuższy czas, odczuwa się jednocześnie wrażenie chłodu

• Metabolizują bez udziału insuliny

Redukcja do alkoholi cukrowych

• Stosuje się uwodornienie katalityczne (na katalizatorze niklu)

• W następstwie redukcji każda ketoza daje dwa alkohole, a każda aldoza jeden alkohol

• Z glukozy powstaje sorbitol, z mannozy mannitol, z fruktozy sorbitol i mannitol

7. Reakcje utleniania cukrów

Utlenianie

1. Kwasy onowe - aldozy w formie łańcuchowej ulegają utlenieniu do kwasów aldonowych, np. glukoza ulega utlenieniu do kwasu glukonowego w reakcji z wodą bromową w obecności wodorowęglanu sodu. Otrzymujemy kwasy -onowe

2. Kwasy uronowe

- Występują w gumie arabskiej, w agarze i nadają cukrom właściwości żelujące

- Proces utleniania cukrów prowadzi się tak, aby zabezpieczyć łatwo utleniającą się grupę aldehydową w cukrze (łatwiej się utlenia niż I-rzędowy alkohol)

3. Kwasy arowe, których utlenianie prowadzi się silnym utleniaczem, np. kwasem azotowym powstają kwasy arowe

- Utlenianie aldoz silnym utleniaczem, np. kwasem azotowym (V) prowadzi do kwasów polihydroksy-alfa,omega-dikarboksylowych (dwie grupy karboksylowe), zwanych kwasami arowymi (dawniej kwasami cukrowymi)

- Z D-glukozy powstaje kwas D-glukarowy (D-glukoza, zamiast CH2OH i CHO jest COOH)

8. Proces karmelizacji: powstawanie związków barwnych (reakcje)

Faza		Temperatura °C	Opis i zastosowanie
1	Odparowanie wody	100	Cukier jest stopiony, a zanieczyszczenia unoszą się na powierzchni.
2	Niewielka nić	102	Brak zmiany barwy, łatwe schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie jako lukier.
3	Duża nić	104	Brak zmiany barwy, łatwe schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w konfiturach.
4	Niewielka kula	110 - 115	Brak zmiany barwy, trudniejsze schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w nadzieniach do ciast, włoskich bezach, masie pomadkowej, cukierkach krówkach i cukierkach ślazowych.
5	Duża kula	119 - 122	Brak zmiany barwy, gorsze schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w miękkich karmelach.
6	Łatwe pękanie	129	Brak zmiany barwy, gorsze schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w półtwardych cukierkach.
7	Trudne pękanie	165 - 166	Brak zmiany barwy, trudne schładzanie, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w mlecznych i twardych cukierkach.
8	Bardzo trudne pękanie	168	Niewielka zmiana barwy, pęka się jak szkło przy schładzaniu, nie zmienia się zapach. Zastosowanie w twardych cukierkach.
9	Jasny karmel	180	Barwa blado-bursztynowa do złoto-brązowej, intensywny zapach.
10	Średni karmel	180 - 188	Barwa złoto-brązowa do kasztanowej, intensywny aromat.
11	Ciemny karmel	188 - 204	Bardzo ciemny i gorzki, zapach przypalony. Zastosowanie do barwienia, lecz brak odpowiedniej słodkości.
12	Czarny Jack	210	Nazywany także “małpia krew”. W tej fazie cukier zaczyna się rozkładać do czystego węgla. Zapach spalenizny

Dehydratacja

• Ogrzewanie monosacharydów powyżej ich temperatury topnienia powoduje odwracalne wydzielenie cząsteczki wody, dające anhydrosacharydy

• Dalsze ogrzewanie anhydrosacharydów powoduje powstanie bardziej odwodnionych produktów

6C12H22O11 - 12H2O 6C12H12O9 (karmelan)

6C12H22O11 - 18H2O 2C36H18O24 (karmelen)

6C12H22O11 - 27H2O 3C24H26O13 (karmelin)

9. Wpływ pH na przebieg karmelizacji

Intensywność powstającego zabarwienia zależy m.in. od pH. Środowisko kwaśne sprzyja polikondensacji powodującej zabarwienie. Wśród produktów karmelizacji sacharozy ogrzewanej do tem 200st w środowisku kwasowym wykryto kwaśno-gorzkie kondensaty, żółty karmelan, brązowy karmelen i karmelin. Środowisko obojętne lub zasadowe sprzyja cyklizacji prowadzącej do intensywnego aromatu (maltol, furfanol, furfural sodowy, oksymetylofurfaral)

10. Zastosowanie i standaryzacja barwników karmelowych

Karmel naturalny: napoje alkoholowe, leki, ciasta, aromaty, przyprawy

Karmel siarczynowy: alkohole specjalne

Karmel amoniakalny: piwo, chleb, ciasta, zupy, sosy, konserwy, mięso, tytoń przyprawy

Karmel amoniakalno-siarczynowy: coca-cola, pepsi, wermut, ocet winny

11. Powstawanie związków zapachowych podczas karmelizacji (reakcje)

• W pierwszych fazach karmelizacji powstaje diacetyl
  - zapach maślany lub mlecznych cukierków. Może by tez wytwarzany przez bakterie produktów fermentowanych, np. piwo, śmietana, jogurt.

• Furany, np. hydroksymetylofurfural, hydroksyacetylofurfuran,




Pentoza-3H₂O furfural




Heksoza -3H₂O 5-hydroksymetylofurfural

• Furanony, np.hydroksydimetylofuranon HMF(składnik miodu pszczelego, soków owocowych, tytoniu), dihydroksydimetylofuranon HAF(słodki zapach,niski próg wykrywalności)

• Maltol
  (smakuje jak świeży chlebi stosowany jako dodatek wzmacniający smakw chlebie i ciastkach E636) z dwucukrów

• Hydroksymaltol z cukrów prostych

---