Изменения липидов "Технологическое назначение жиров, пищевая ценность и изменение ее в процессе жарки."

15

Тема. Изменения липидов

Лекция №4

План

1. Технологическое назначение жиров, пищевая ценность и изменение ее в процессе жарки.

2. Изменения жиров при тепловой кулинарной обработке.

3. Изменения липидов при варке.

4. Изменения липидов при жарке с небольшим количеством жира.

5. Изменения жиров при жарке во фритюре.

6. Впитывание и адсорбция продуктами жира и его потери при жарке.

1. Пищевая ценность и технологическое назначение жиров. В технологии продукции ОП жиры имеют следующее назначение:

1. являются необходимой частью многих кулинарных изделий;

2. выполняют роль теплопередающей и антиадгезионной среды при тепловой обработке, способствуя равномерному распределению температур на поверхности продукта и снижая вероятность местных перегревов.

Входя в состав того или иного кулинарного изделия, жир должен хорошо сочетаться по вкусу, запаху и консистенции с остальными его компонентами, т.к. участвует в формировании вкуса и аромата готового продукта. Это предопределяет высокие требования к исходному качеству пищевых жиров, а также минимизации их физико-химических изменений в процессе тепловой кулинарной обработки продуктов.

Если жир используется в качестве теплопередающей среды, особенно при жарке продуктов во фритюре, следует обращать внимание на следующие его показатели:

- термостойкость;

- влажность;

- вязкость в нагретом состоянии;

- отсутствие резкого запаха и вкуса.

Так, для жарки продуктов рекомендуется использовать безводные жиры с высокой температурой дымообразования, рафинированные, освобожденные от белковых веществ, гликозидов, пигментов и других примесей, которые подвергаются деструкции при высокотемпературном нагревании с образованием новых веществ, придающих жирам нежелательные вкусовые оттенки.

В состав липидного компонента продукции ОП входят триглицериды (собственно жиры), липоидные вещества (фосфолипиды, стерины и др.), продукты их метаболизма, витамины А, Е, D, К, пигменты. Липиды участвуют в построении клеточных структур тканей человеческого организма, например клеточных мембран, выполняют различные биологические и физиологические функции в организме, а также обладают высокой энергетической ценностью.

При жарке биологическая эффективность жира снижается вследствие уменьшения содержания в нем жирорастворимых витаминов, незаменимых жирных кислот, фосфатидов и других биологически активных веществ, а также в результате образования в них неусвояемых компонентов и токсических веществ.

Уменьшение содержания витаминов и фосфатидов в жире происходит при любом способе жарки, тогда как содержание незаменимых жирных кислот существенно снижается лишь при длительном нагревании фритюрного жира. Особенно значительны потери незаменимых жирных кислот в жирах, содержащих высоконенасыщенные жирные кислоты.

При длительном нагревании в жирах образуются высокополимерные вещества, которые не усваиваются организмом. Усвояемость жира, йодное число которого понизилось хотя бы на 5%, заметно снижается.

Токсичность гретых жиров связана с образованием в них циклических мономеров и димеров. Эти вещества образуются из полиненасыщенных жирных кислот при температурах свыше 200С. При правильных режимах жарки они содержатся во фритюрных жирах в очень небольших количествах. Токсичность этих веществ проявляется при большом содержании их в рационе питания. Продукты окисления жира, раздражая кишечник и оказывая послабляющее действие, ухудшают усвояемость не только самого жира, но и употребляемых вместе с ним продуктов. Отрицательное действие термически окисленных жиров может проявляться при их взаимодействии с другими веществами. Так, они могут вступать в реакции с белками, ухудшая их усвояемость, а также частично или полностью инактивировать некоторые ферменты и разрушать многие витамины.

Качество фритюрных жиров необходимо периодически контролировать. Институтом питания РАМН установлена предельно допустимая норма содержания продуктов окисления и полимеризации в фритюрных жирах, равная 1% к массе продукта.

2. Изменения жиров при тепловой кулинарной обработке. Физико-химическим изменениям подвергаются как добавляемые к продукту жиры, так и жиры, входящие в его состав. Жиры, добавляемые к продукту для жарки, подвержены более глубоким изменениям, так как нагреваются до 160...180°С, тогда как максимальная температура продукта в поверхностном слое не превышает 130...135°С, во внутренних слоях – 80...95С.

Наиболее быстро и глубоко изменяются пищевые жиры, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, низкомолекулярные жирные кислоты и свободные жирные кислоты, не связанные в глицеридах. Первые два показателя обусловлены природными свойствами того или иного жира, третий показатель приобретается жиром в процессе его хранения под воздействием липолитических ферментов, перешедших в жир из сырья. В процессе тепловой кулинарной обработки в результате гидролиза количество свободных жирных кислот в жире возрастает, что вызывает более глубокие изменения жиров.

При свободном доступе воздуха происходит окисление липидов, которое ускоряется с повышением температуры. При температурах хранения (2...25°С) происходит автоокисление липидов, а при температурах жарки (140...180°С) – термическое окисление. Между автоокислением и термическим окислением есть много общего, в то же время состав образующихся продуктов может несколько различаться. Автоокисление нередко опережает термическое, поэтому эти два процесса необходимо рассматривать вместе.

Начальный период автоокисления характеризуется длительным индукционным периодом, в течение которого накапливаются свободные радикалы. Как только их концентрация достигнет определенного значения, индукционный период заканчивается и начинается автокаталитическая цепная реакция: процесс быстрого присоединения кислорода к радикалам. Первичные продукты этой реакции – гидропероксиды – распадаются с образованием двух новых радикалов, ускоряющих цепную реакцию. При соединении двух радикалов с образованием неактивной молекулы может произойти обрыв цепи автокаталитической цепной реакции.

При нагревании жира до 140...180С со свободным доступом, кислорода воздуха индукционный период резко сокращается. Присоединение кислорода к углеводородным радикалам жирных кислот происходит более беспорядочно, минуя некоторые стадии, которые наблюдаются при автоокислении. Некоторые продукты окисления липидов (гидропероксиды, альдегиды и др.), относительно устойчивые при температурах автоокисления, не могут длительно существовать при температурах термического окисления и распадаются по мере образования. В результате их распада образуется многочисленная группа новых реакционноспособных веществ, увеличивающих возможность протекания вторичных химических реакций в нагретом жире и их многообразие.

Химические соединения, образующиеся при авто- и термическом окислении, условно можно подразделить на три группы:

- продукты окислительной деструкции жирных кислот, в результате которой образуются вещества с укороченной цепью;

- продукты изомеризации, а также окисленные триглицериды, которые содержат то же количество углеродных атомов, что и исходные триглицериды, но отличаются от последних присутствием в углеводородных частях молекул жирных кислот новых функциональных групп, содержащих кислород;

- продукты окисления, содержащие полимеризованные или конденсированные жирные кислоты, в которых могут присутствовать функциональные группы, содержащие кислород.

Кроме того, продукты окисления липидов принято подразделять на термостойкие и нетермостойкие.

Помимо окислительных изменений при любом способе тепловой обработки в жирах происходят гидролитические процессы, обусловленные воздействием на жир воды и высокой температуры.

Гидролиз жира под действием воды и высокой температуры протекает в три стадии.

На первой стадии от молекулы триглицерида отщепляется одна молекула жирной кислоты с образованием диглицерида. Затем от диглицерида отщепляется вторая молекула жирной кислоты с образованием моноглицерида. И, наконец, в результате отделения от моноглицерида последней молекулы жирной кислоты образуется свободный глицерин. Ди- и моноглицериды, образующиеся на промежуточных стадиях, способствуют ускорению гидролиза.

Преобладание в жире гидролитического или окислительного процесса зависит от следующих факторов:

1. интенсивности воздействия на него температуры;

2. наличия кислорода воздуха;

3. наличия воды;

4. продолжительности нагревания;

5. присутствия веществ, ускоряющих или замедляющих эти процессы.

Поэтому основные способы тепловой обработки – варка и жарка – различаются по характеру воздействия на жир.

3. Изменения липидов при варке. Содержащийся в продуктах жир в процессе варки плавится, и часть его переходит в бульон. Количество поступающего в варочную среду жира зависит от следующих факторов:

1. его содержания и характера отложения в продукте;

2. продолжительности варки;

3. величины кусков и других факторов.

Так, тощая рыба при припускании теряет до 50% жира, содержащегося в сыром продукте, средней жирности – до 14, осетровая – до 6%. Из мяса при варке извлекается до 40%, а из костей 25...40% содержащегося в них жира. Количество жира, извлекаемого из костей, зависит от их вида (трубчатые, тазовые, позвоночные и пр.), степени измельчения и продолжительности варки. При варке костей в автоклаве (при повышенных давлении и температуре) извлечение жира из костей ускоряется.

До 95% жира, извлекаемого из продукта, локализуется на поверхности бульона, и лишь небольшая часть (3,5...10%) распределяется по всему объему бульона в виде мелких жировых капель (эмульгированный жир).

Эмульгированный жир ухудшает органолептические показатели качества бульона, он теряет прозрачность, появляется салистый привкус. В связи с этим изучение технологических факторов, способствующих эмульгированию жира, весьма актуально. Установлено, что количество эмульгированного жира при варке жирсодержащих продуктов пропорционально гидромодулю и интенсивности кипения жидкости. При совместном воздействии указанных факторов количество эмульгированного жира может возрасти в несколько раз. Так, увеличение гидромодуля при варке костей с 3 : 1 до 8 : 1 при тихом кипении приводит к увеличению количества эмульгированного жира примерно вдвое, а при интенсивном кипении – более чем в 5 раз. Кипение жидкости и, как результат этого, эмульгирование жира усиливает его гидролиз вследствие значительного увеличения поверхности контакта между жиром и водой. Присутствие в жидкости натрия хлорида и пищевых кислот также усиливает гидролиз жира. Образующиеся в результате гидролиза свободные жирные кислоты, придающие бульону неприятный вкус, обладают повышенной реакционной способностью, могут образовывать соли калия и натрия (мыла), окисляться кислородом воздуха и растворенным в воде с образованием пероксидов, гидропероксидов, оксикислот по месту двойных связей.

На практике для уменьшения нежелательных физико-химических изменений липидов при варке пищевых продуктов применяют тихое кипение жидкости и периодическое удаление жира с ее поверхности.

Поскольку эмульгированный жир находится в водной среде (не эмульгированный жир, всплывающий на поверхность, удаляют), его контакт с кислородом воздуха затруднен. В связи с ограниченным доступом кислорода и сравнительно невысокой температурой при варке преобладают гидролитические процессы и лишь частично происходит неглубокое окисление жирных кислот до перекисных соединений и монооксикислот.

4. Изменения липидов при жарке с небольшим количеством жира. При жарке продуктов с небольшим количеством жира масса жира составляет 5-8% к массе продукта, а отношение нагреваемой поверхности жира к его объему – свыше 5. Продолжительность процесса зависит от вида и размера продукта и может варьировать от 3-10 мин до 1,5-2 ч. Жир разогревают до 150...160С.

Несмотря на значительную аэрацию и действие высоких температур, глубоких изменений в жире не наблюдается из-за небольшой продолжительности нагревания, а повторно при этом способе жарки жир, как правило, не используется.

При этом способе жарки происходят следующие изменения:

- плавление жира;

- впитывание его продуктом;

- гидролиз;

- окисление липидов с образованием пероксидов, гидропероксидов, оксикислот;

- пиролиз (дымообразование) до летучих низкомолекулярных продуктов.

Среди продуктов пиролиза присутствует аккролеин – альдегид, выделяющийся в результате пирогенетического разложения глицерина. Аккролеин – сильнодействующее вещество. Попадая в атмосферу производственных цехов, он действует раздражающе на слизистые оболочки глаз, органов дыхания.

Температура, при которой начинается выделение дыма из данного жира, называется температурой или точкой дымообразования.

Она зависит от следующих факторов:

1. вида жира;

2.содержания в нем свободных жирных кислот;

3. отношение нагреваемой поверхности жира к его объему;

4. материал и размер посуды, в которой производится нагрев.

Разные жиры при одинаковых условиях имеют разную температуру дымообразования (°С): свиной топленый жир – 221, хлопковое масло – 223, пищевой саломас – 230.

Так, увеличение содержания в свином жире свободных жирных кислот с 0,02 до 0,81% понижает его температуру дымообразования до 150°С. При нагревании одинакового количества жира одного вида на двух сковородах диаметром 15 и 20 см температура дымообразования оказалась соответственно равной 185 и 169С. Некоторые тяжелые металлы (железо, медь и др.) катализируют пиролиз жира, снижая его температуру дымообразования.

Для снижения степени деструкции липидов при жарке необходимо соблюдать следующие правила:

1. не следует допускать перегрева жиров;

2. рекомендуется сводить до минимума холостой нагрев жира;

3. использовать термостойкие жиры, предназначенные для жарки продуктов, – животные топленые, кулинарные, рафинированные растительные масла;

4. жиры должны быть свежими с низким кислотным числом;

5. посуду, используемую для жарки, необходимо периодически промывать моющими средствами для удаления остатков использованных жиров, содержащих продукты гидролиза и окисления.

5. Изменения жиров при жарке во фритюре. Жарка во фритюре может быть непрерывной (соотношение жира и продукта 20 : 1) и периодической (соотношение жира и продукта 4 : 1). Продолжительность жарки продуктов во фритюре небольшая. Например, при температуре фритюра 180°С порционные куски рыбы и картофель брусочками жарят около 5 мин, пирожки, пончики, чебуреки – 6 мин.

На глубину физико-химических изменений жира оказывает влияние следующие факторы:

1. Продолжительность использования фритюра (2...3 смены и более).

2. Температура фритюрного жира, повышение которой ускоряет пиролиз, а также гидролитические и окислительные процессы.

Так, при температуре 200С гидролиз жира протекает в 2,5 раза быстрее, чем при 180°С. При этом заметно ускоряются процессы полимеризации глицеридов и жирных кислот. Перегрев фритюрного жира возможен по двум причинам: в связи с местным перегревом его вблизи нагревательных элементов жарочного аппарата (фритюрницы), а также в период холостого нагрева, когда обжаренный продукт из жира извлечен, а новая партия продукта в жир еще не заложена.

С точки зрения качества готовой продукции резкое понижение температуры фритюра после закладки очередной партии продукта для жарки также нежелательно, так как при температуре 160°С и ниже на поверхности продукта образуется слабо-окрашенная корочка, возрастает степень поглощения жира продуктом, нерациональное его расходование. В связи с этим в специализированных цехах ПОП применяют аппараты непрерывной фритюрной жарки, в которых соотношение жира и продукта 20 : 1 поддерживается автоматически, что позволяет стабилизировать температуру фритюра, расход жира и повысить качество готовой продукции.

3. Коэффициент сменяемости:

К= П/М,

где К – коэффициент сменяемости жира; П – количество жира, поглощенного продуктом за 24 ч, кг; М – масса жира в жарочном аппарате, кг.

Чем выше коэффициент сменяемости жира, тем меньше он подвергается окислительным изменениям.

При непрерывной жарке жир равномерно удаляется из жарочной ванны с готовым продуктом и пополняется путем автоматического долива свежего жира. Количество жира, которое уносится с готовым продуктом, зависит от вида продукта и степени его измельчения. Так, хрустящий картофель в результате жарки поглощает до 40% жира, пончики – до 27%. Таким образом, непрерывная сменяемость фритюрного жира – одно из условий торможения его нежелательных физико-химических изменений.

4. отношение массы жира к массе обжариваемого продукта, которое должно быть не ниже 4 : 1.

5. Степень контакта жира с кислородом воздуха. Увеличению контакта с воздухом способствует нагревание жира тонким слоем, жарка продуктов пористой структуры, интенсивное вспенивание и перемешивание жира;

6. Присутствие катализаторов или инициаторов окисления. К ним относятся хлорофилл и металлы переменной валентности (медь, марганец, кобальт т др.).

7. Химический состав обжариваемых продуктов, что объясняется, в частности, содержанием в них значительного количества антиоксидантов.

8. Свойства жира, а именно, степень его ненасыщенности.

Изменение цвета, вкуса и запаха жира в процессе жарки продуктов во фритюре.

Пигменты, содержащиеся в жире (каротиноиды, хлорофилл, госсипол и др.), легко разрушаются под действием нагрева, вследствие чего в начале нагревания жир несколько светлеет, а по мере дальнейшего нагревания темнеет до цвета крепкого кофе.

Причины потемнения жира:

1. Загрязнение жира веществами пирогенетического распада, образующимися при обугливании мелких частиц обжариваемых продуктов.

2. Реакции меланоидинообразования и карамелизации. Источником аминных групп, участвующих в первой из них, могут служить обжариваемые продукты, а при использовании для фритюра нерафинированных масел – и входящие в них фосфатиды, поэтому цвет рафинированных масел, из которых удалены фосфатиды и другие посторонние вещества, изменяется значительно медленнее.

3. Накопление темноокрашенных продуктов окисления самого жира. Известно, например, что две стоящие рядом карбонильные группы (—СО—СО—) обусловливают появление окраски соединений, в состав которых они входят. Такие соединения легко вступают в реакции конденсации, что приводит к дальнейшему усилению окраски.

4. Присутствие в некоторых из них хромогенов (слабоокрашенных или бесцветных веществ). При окислении и действии других факторов хромогены интенсивно окрашиваются.

Чистые неокисленные триглицериды лишены вкуса и запаха. Однако в процессе фритюрной жарки образуются летучие вещества (вещества с укороченной цепью), которых в гретых фритюрных жирах обнаружено свыше 220 видов. Некоторые из них придают определенный запах обжариваемым продуктам и самому жиру. Например, карбонильные производные, содержащие 4, 6, 10 или 12 атомов углерода, придают фритюру приятный запах жареного, тогда как карбонильные компоненты, содержащие 3, 5 или 7 атомов углерода, отрицательно влияют на запах фритюра. Добавочное количество компонентов, обладающих запахом, об­разуется при взаимодействии аминокислот (особенно метионина) и белков обжариваемого продукта с фритюром.

При длительном использовании для фритюрной жарки жир приобретает темную окраску и одновременно жгуче-горький вкус. Кроме того, у него появляется едкий запах горелого. Как уже отмечалось, это объясняется в основном присутствием в нем аккролеина (СН₃=СН —СНО), содержание которого в жире возрастает по мере снижения температуры дымообразования. Горький вкус и запах горелого обусловлены продуктами пирогенетического распада пищевых продуктов. Меланоидины также влияют на вкус и запах нагретого фритюрного жира.

Накопление в жире полярных поверхностно-активных соединений (например, оксикислот) и возрастающая вязкость жира вызывают образование интенсивной и стойкой пены при загрузке продукта в жир. Это, в свою очередь, может привести к переливанию жира через край посуды и его воспламенению. Таким образом, сильное вспенивание и уменьшение температуры дымообразования (ниже 190 °С) делают жир непригодным для жарки.

Между органолептическими и физико-химическими показателями фритюрного жира не существует, определенной зависимости, так как изменения тех или других обусловлены множеством факторов, не связанных между собой. При обжаривании влажных продуктов, богатых белком (мясо, рыба, птица), потемнение жира происходит быстрее, чем существенное изменение его химических показателей. Если же в продукте мало белка и много крахмала, фритюр, несмотря на значительные окислительные изменения, продолжительное время остается светлым. Иногда в жире, совершенно непригодном по органолептическим показателям к дальнейшему использованию, обнаруживаются незначительные окислительные изменения, и наоборот, вкус и цвет жира могут быть удовлетворительными, а его физико-химические показатели свидетельствуют о сильной окисленности. В первом случае решение о дальнейшей пищевой пригодности жира выносят по органолептическим показателям, во втором – по физико-химическим.

Условия увеличения срока службы фритюрного жира. Для замедления нежелательных процессов во фритюрном жире и продления срока его службы, а следовательно, повышения экономичности процесса разрабатывается ряд мероприятий, к которым относятся:

1. совершенствование конструкции жарочной аппаратуры;

2. повышение термостойкости жира, применяемого для жарки (создание термостойких жировых смесей, введение в жир термоустойчивых антиоксидантов);

3. совершенствование технологии жарки и обеспечение оперативного контроля за качеством фритюрного жира.

Аппараты, предназначенные для жарки во фритюре, должны быть оборудованы терморегулирующей автоматикой для поддержания необходимой температуры и обеспечения равномерного нагрева жира. Контакт жира с кислородом воздуха должен быть минимальным. Созданы конструкции аппаратов, работающих при той или иной степени вакуумирования. Жарочные ванны фритюрниц должны быть изготовлены из антиадгезионного материала, не катализирующего окисление и разложение жира (нержавеющая сталь, металлы, покрытые инертными полимерами), в их конструкции должна быть предусмотрена холодная зона. Для жарки во фритюре по возможности следует применять специальные термостойкие жиры промышленного производства.

Для увеличения срока службы фритюрного жира следует соблюдать следующие основные технологические требования:

- выдерживание необходимого температурного режима (никогда не следует нагревать жир выше 190°С);

- сокращение холостого нагрева;

- периодическое удаление мелких частиц, попадающих в жир из обжариваемого продукта;

- тщательная очистка жарочных ванн от нагара в конце рабочего дня с последующим полным удалением моющих средств путем ополаскивания (нагар усиливает потемнение жира, а моющие средства – его гидролиз).

6. Впитывание и адсорбция продуктами жира и его потери при жарке. При жарке на впитывание и адсорбцию жира продуктами влияют следующие факторы:

1. содержание влаги в жире;

2. химический состав обжариваемого продукта и связанная с этим интенсивность выделения из него влаги;

3. величина кусочков и удельная поверхность (см² / г) обжариваемого продукта;

4. вязкость жира.

При жарке продуктов в небольшом количестве жира иногда используют жиры, содержащие около 20% влаги (маргарин, сливочное масло), в этом случае продукт плохо впитывает жир, так как он сильно разбрызгивается вследствие испарения содержащейся в нем влаги.

Продукты, богатые белками и не содержащие крахмала (мясо, рыба, птица), при жарке энергично выделяют воду, что затрудняет проникновение в них жира; продукты с небольшим содержанием белка, в состав которых входит неоклейстеризованный крахмал (сырой картофель), впитывают больше жира, так как часть воды поглощается и удерживается клейстеризующимся крахмалом и испарение влаги из продукта происходит менее интенсивно; еще медленнее испаряется вода из продуктов, содержащих оклейстеризованный крахмал (вареный картофель, картофельные крокеты, крупяные котлеты), так как он удерживает большую часть влаги; в этом случае продукт поглощает максимальное количество жира.

Чем больше удельная поверхность продукта (т. е. чем выше степень его измельчения), тем больше он поглощает жира. Так, сырой картофель, нарезанный соломкой, при жарке во фритюре (подсолнечное масло) поглощает в 2,6 раза больше жира, чем картофель, нарезанный брусочками; если учесть, что удельная поверхность соломки в 2,7 раза больше удельной поверхности брусочков, то из приведенного примера следует почти прямая зависимость между удельной поверхностью продукта и количеством поглощенного жира.

При длительном использовании вязкость фритюра возрастает, что увеличивает адсорбцию жира поверхностью продукта и препятствует его отеканию с готовых изделий. Таким образом, по мере увеличения продолжительности нагревания расход фритюрного жира на единицу продукции возрастает.

Масса жира изменяется даже при его холостом нагреве. В начальной стадии нагрева она может возрастать в результате присоединения к жиру кислорода. При дальнейшем нагреве вследствие пиролиза и окислительной деструкции жира образуются летучие вещества, выделение которых уменьшает массу фритюра. При загрузке продукта в нагретый жир с парами воды уносятся не только летучие вещества, но и нерасщепленные триглицериды.

Таким образом, при любом способе жарки помимо поглощения и адсорбции жира продуктами всегда происходят его потери, так называемый угар. Угар жира происходит вследствие его разбрызгивания, удаления с парами воды, а также разложения в результате пиролиза и окислительной деструкции.