KOLVETNI Um 75% af þ.e. massa lífheimsins eru kolefni Um 80% kaloría í fæðu manna eru kolvetni, aðallega sterkja Cellulósi er.
Download ReportTranscript KOLVETNI Um 75% af þ.e. massa lífheimsins eru kolefni Um 80% kaloría í fæðu manna eru kolvetni, aðallega sterkja Cellulósi er.
KOLVETNI Um 75% af þ.e. massa lífheimsins eru kolefni Um 80% kaloría í fæðu manna eru kolvetni, aðallega sterkja Cellulósi er algengasta kolvetnið Kolvetni í matvælum Eru orkugjafar Gefa sætt bragð Gefa lit, bragð og ilm (brúnun) Binda ilm-og bragðsameindir Hafa margvísleg hlutverk í matvælavinnslu Hafa æskileg áhrif á áferð unninna matvæla Gefa þægilega tilfinningu í munni Hlutfall sykra í plöntuafurðum Áhrif kolvetna í matvælum Kolvetni hafa áhrif á: Seigju, gelmyndun og ískristöllun Stöðugleika mismunandi blanda, t.d. ýrulausna Samspil ýmissa þátta í matvælum Einsykrur Helstu eiginleikar og hlutverk einsykra í matvælum: · Niðurbrot einsykra endurröðun, efnahvörf sameining við önnur efni, breytingar á bragði og lit, t.d. Maillard brúnun (óensímatísk brúnun) · Virkni einsykra er algerlega háð byggingu og sérstakri staðsetningu hópa á sameindum Fjölsykrur · Eiginleikar og hlutverk fjölsykra í matvælum: · Sérstakir eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar fjölsykra í lausnum · Mjög mikilvægir í matvælum · Flæðni, hegðun fjölsykra í geljum, kristal og lausn · Oft þarf hvörf við málmjónir til þess að geljun geti átt sér stað · Hliðarhópar fjölsykra skipta miklu máli Fjölsykrur Mikilvægt í matvælaiðnaði: Skilningur á sambandinu milli niðurröðunar sameinda og geljunar Sambandið á milli byggingar og virkni sameinda almennt Sykrur Fásykrur · 2-10 sykrueiningar · Vatnsleysanlegar · Myndast í þéttihvarfi einsykra (H2O losnar frá · eða glycosíðtengi á milli eininga) Tvísykrur · Algengar tvísykrur: · Súkrósi (glu + fru) · Maltósi (glu + glu) · Laktósi (glu + gal) Aldósar einsykrur úr Dglyceraldehyde Mutarotation Furanose og pyranose Glúkósa og frúkrósa ísomerar Tegundir tvísykra · Einsleitar: homogegn t.d. maltósi · Margleitar: heterogen, t.d. súkrósi OH hópur einnar sykru hvarfast við anomeríska kolefni annarrar glycoside tengi myndast á milli þeirra Unnt að rjúfa tengið með H+ en ekki OH- Tvísykrur (1/3 Frh...) Tvísykrur (frh.) (2/3 Frh...) Tvísykrur (frh.) (3/3) Umbreyting aldósa í ketósa Myndun HMF Laktósi í mjólkurvinnslu Glycosíð · Lítið er af glycosíðum í fæðunni · Undantekning:glycosíð í tenglsum við oligo- eða fjölsykrur Sum glycosíð gefa sætt bragð en önnur biturt Bragðmyndandi N-glycosíð í matvælum - 5´ mónó fosföt af inósíni, guanosíni og xanthosíni Maillard brúnun - myndun glycosíða (N-glycosíð) Brotna niður í vatni, verða gul og síðar brún litarefni Cyanogen glycosíð í möndlum geta verið hættuleg Afoxandi sykrur Allar einsykrur eru afoxandi, hafa karbonylhóp á virku hemiacetal formi Eingöngu afoxandi sykrur taka þátt í Maillard brúnun (mjög mikilvægt í matvælaiðnaði) Afoxandi sykrur + prótein (amín) brúnun Mutarotation - opnun og lokun hrings Í vatni er -D-glukósi jafnvægisblanda af og formum Efnahvörf sykra A. Vatnsrof Hægt að nota H+, hátt hitastig T og ensím en -D-anomer súkrósa viðkvæmur fyrir hitun og sýru HFCS (high fructose corn syrup) gert úr sterkju sem er brotin niður með ensímum eða með öðrum aðferðum: D-amylasi og glucoamylasi ensím notuð til að framleiða glúkósa og síðan er isomerasi notaður til að breyta hluta glúkósans í frúktósa HFCS t.d.; 54% D-glu, 42% D-fru Mikið notað í gosdrykki og sælgæti í stað súkrósa HFCS er mun ódýrara en súkrósi Efnahvörf sykra A. Vatnsrof · Helsti ókosturinn við notkun HFCS í matvæli er sá að sykrurnar eru afoxandi þannig að notkun HFCS hefur í · för með sér brúnunarvandamál, ólíkt súkrósa · DE: dextrose equivalent = · % afox. sykra í kornsýrópi, m.v. þurrefnismagn · Mælikvarði á hversu mikill hluti sterkju breytist í glúkósa Efnahvörf sykra B. acyclísk hvörf Isomerun D-glu H+ eða OH- auka hraða mutarotation Enolisering: D-glu enediol D-fru Afoxandi sykrur eru stöðugar við pH 3-4 Efnahvörf sykra C. Afvötnun - niðurbrot með hita H+ / OH- hvata afvötnun: Niðurbrot kolefniskeðju sýrur, alkohol, keton, aldehyd óæskilegt bragð Oft eru -D-1,4 tengi stöðugri gagnvart niðurbroti með hita en og -1,6-D tengi Efnahvörf sykra D. Brúnunarhvörf firjár gerðir brúnunarhvarfa: · 1. C-vítamín oxun (ensímhvötuð) · 2. Ensímatísk brúnun · 3. Óensímatísk brúnun · i) karamellun · ii) Maillard brúnun · iii) bruni Ensímatísk brúnun Oxunarhvörf · Ensím hvata hvarf O2 við phenolsambönd og mynda brún litarefni Óæskilegt t.d. í mörðum eða sködduðum ávöxtum s.s. banönum og eplum eftir skurð Æskilegt t.d. í te og kaffi Phenolasar finnast í öllum plöntum og öðrum lífverum en í mis miklu magni – af plöntum er mest í: kartöflum, sveppum, eplum, ferskjum, banönum, avocado, telaufum og kaffibaunum Óensímatísk brúnun -Karamellun (i) Ekki oxunarhvörf Litarefni mynduð með sýrum/söltum/hvötum og hitun Aðallega afvötnun sbr. lið C að framan furans ljósgleypni litur Unnt að stjórna lit með sýrum og söltum eða hvötum mismunandi litarefni Notagildi karamellunar Framleiðsla matarlita Mikilvægt að stjórna efnahvörfum til að hindra myndun biturra bragðefna Litarefni/bragðefni karamellunar Litarefni · Sýrufastir litir (súkrósa, NH4-súlfat) kóladrykkir · Bruggara litur (súkrósa, NH4+) bjór · Bakara litur pyrolisa brún litarefni brauð Bragðefni Maltol, isomaltol, ethylmaltol Karamellu ilmur, aukinn sætleiki Flauelskennd áferð í munni Isomaltol er 6x sætara en maltol Furanones, Karbonyl sambönd, Sýrur, Esterar Óensímatísk brúnun - Mailliard brúnun (ii) - Ekki oxunarhvörf Afoxuð sykra + amín + H2O gul og brún litarefni Bragð, ilmur (æskil./óæskil.) Minnkar næringargildi próteina (óæskilegt) Tap LNAS (lífsnauðsynlegra amínósýra t.d. lys) Niðurbrot verður áður en litur er merkjanlegur Mailliard brúnun (ii) - 3 skref · 1. Litlaust: - Gleypni á útfjólubláu (uv) sviði minnkar - Afoxunarhæfni eykst · 2. Gul litarefni: - Gleypni á uv sviði eykst - Sykrur afvatnast - HMF (hydroxymethyl furanose) keðjuklofnun - -karbonyl litarefni - Ef SO32- sulfite er bætt í á þessu stigi aflitun Mailliard brúnun (ii)- 3 skref 3. Lokaskref: · Rauðbrún/dökkbrún litarefni · SO3- íbót hefur engin áhrif · CO2 magn eykst · Ilmur/bragð af karamellum · Aldol condensation (fjölliðun) óleysanleg melanoid Mailliard brúnun (ii) Upphafsskref (efnahvörf) · Heyns og Amadori (Mynd) · Lýsing á skrefum (Mynd) Maillard myndun HMF Hvörf Amadori myndefna Mailliard brúnun (ii) Strecker niðurbrot a.s. Dicarbonylsambönd og -a.s. LNAS Rokgjörn myndefni ilmur og bragð - ekki brúnun Maillard og Strecker: myndefni eru ýmist æskileg eða óæskileg í matvælum Maillard: öll matvæli sem hafa prótein og afoxandi sykrur geta tapað a.s. við lágt T Amínósýran lysine verður oftast takmarkandi t.d. í morgunkorni og mjólk · Fersk mjólk 100°C 2-3 min 5% niðurbrot lys þurrmjólk (án fitu) 150°C 2-3 min 40% “ “ Strecker niðurbrot Maillard/Strecker - áhrifaþættir T, pH, raki, M+, bygging sykru mikilvægt að stjórna pH 6 lítil brúnun vegna Maillard, NH2 hópur a.s. prótóneraður kemur í veg fyrir glucosamín myndun pH 7,8-9,2 prótonering a.s. Afvötnunar aðstæður brúnun við ákv. pH H2O brúnun 30% H2O max brúnun - intermediate rakastig verst Cu2+, Fe+3, Fe+2 brúnun Síðari skref Maillard ox./afox hvörf Maillard/Strecker - áhrifaþættir Bygging sykra D-xylose > L-arab > hexósar (D-gal, D-man, D-glu, D-fru) D-fru < D-aldósar mism. brúnunarmekanismi Magn litarefna í réttu hlutfalli við magn “open chain” forms sykru, NH2 hvarfast við opna formið Ráð til að halda Maillard brúnun í skefjum Raki < 30%, auka þynningu, lækka pH og T Fjarlægja afoxandi sykru eða a.s. þurrkuð egg - bæta D-glu oxidasa fyrir þurrkun magn glu minnkar Fiskur - brúnun minnkuð með lactobacillus bakteríum sem hafa D-ríbósa oxidasa virkni · SO2 eða súlfít: draga úr brúnun ef bætt í á ákveðnu stigi Sætleiki kolvetna Binding bragðefna Einsykrur - fruktósi > súkrósi > glúkósi > galaktósi > mannósi Sykur alkohól: - xylitol > maltitol > sorbitol > galactiol > lactitol Bragðefni bindast kolvetnum ef H2O minnkar · Ein- og fásykrur draga að sér H2O vegna -OH hópa Bygging áhrif á vatnsbindingu - D-fru > D-glu Vel kristallaður sykur - mikið um innri vetnistengi lítil tilhneiging til að bindast vatni Einsykrur/fásykrur Hafa meiri árif á bragð matvæla og tilfinningu þeirra í munni (taste/mouthfeel) en fjölsykrur en hafa minni áhrif á áferð (texture) Einsykrur og fásykrur - flestar afoxandi brúnun + ýmis efnahvörf s.s. Maillard, karamellun Fjölsykrur Fjölsykrur - hafa mikil áhrif á áferð matvæla Cellulósi, hemicellulósi og sterkja. Flestar eru fjölsakkaríð (ef undan eru skildir cellulósar) og eru vatnsleysanlegar eða dreifanlegar í vatni. Sterkja tekur lítinn þátt í brúnun nema ef hún brotnar niður í einsykrur við öfgar í T og pH. i) Áhrif sellullósa og hemicellulósa í matvælum Gefa stinnleika og eru trefjaefni ii) Áhrif sterkju í matvælum Gefur stinnleika, ferskleika, þéttleika, þykkingu, seigju og viðloðun. Auk þess mynda sterkjur gel, gefa góða tilfinningu í munni og auðvelda formun matvæla. Fjölsykrur · Homofjölsykrur. Einsleitar - gerðar úr glúkósaeiningum. Dæmi: sterkja, glycogen og cellulósi eða tengi á milli eininga · Heterofjölsykrur. Margleitar - gerðar úr ýmsum sykrum og öðrum sameindum. Dæmi: Gúmmíefni og trefjar Bygging sterkju og cellulósa Sterkja -1,4 og -1,6 glycoside tengi (Mynd- ) Meltanleg fyrir menn · Cellulósi -1,4 glycoside tengi (Mynd- ) Ómeltanlegur fyrir menn Menn hafa eingöngu -amylasa en ekki -amylasa (glucosidasa). Sterkja - amylósi og amylopektín Amylósi (Mynd- ) Línuleg sameind, eingöngu -1,4 tengi · pakkast vel fellur gjarnan út · Amylópektín (Mynd- ) Greinótt sameind, -1,4 en -1,6 með ákveðnu millibili · pakkast verr en amylósi fellur síður út en amylósi Amylósi og amýlopektín Amýlopektín í sterkjukornum Geljun sterkju Umbreyting á sterkju Gel úr fjölsykrum Gúmmí - bindiefni Gúmmíefni tilheyra aukefnum Mikilvægt að öðlast skilning á notkunarmöguleikum slíkra efna í matvælaiðnað · Efni sem auka stöðugleika ýru- og dreifilausna · Filmumyndandi efni til varnar gegn efnabreytingum · Fylliefni til að minnka hitaeiningainnihald Gúmmíefni og fjölsakkaríð · · Eiginleikar Óleysanleg Tegund cellulósi · Bólgnun, leysanleiki í heitu og köldu vatni sterkja, guar gúmmí · Lítil seigja lausnar, jafnvel við háan styrk arabic gum · Óvenjuhá seigja við lágan styrk guaran gum · Hitareversible gel alginöt, pektín · fiykkingar, geljunarefni sterkja, alginöt, pektín, guargúmmí Einkenni gúmmíefna Flest gel eiga það sameiginlegt að bráðna við há hitastig Öll gúmmíefni eru vatnsleysanleg og mynda oft gel eða binda saman efni í matvælum Erfitt að fjalla um efnafræðilega eiginleika hinna eiginlegu gúmmíefna þar sem bygging þeirra er í mörgum tilfellum lítt þekkt, þ.e. ekki nákvæmlega vitað hvernig einingum er raðað saman Kostur að hjálparefni í matvælaiðnaði gefi ekki bragð eða ilm Aukefnaflokkar · · · · · · · · · · · · · · · · Aukefnaflokkar bindiefni bragðaukandi efni bragðefni froðueyðar hjálparefni kekkjavarnarefni litarefni lyftiefni rotvarnarefni sýrur, basar og sölt sætuefni yfirborðsefni þráavarnarefni önnur efni Sterkjusambönd teljast hráefni E-númer 400-499 600-699 900-999 200-299 300-399 900-999 300-399 (nr. 1400-1403). Gúmmíefni A. Óeiginleg gúmmí Þetta eru matvælagúmmí gerð úr cellulósa og pektíni Afleiður cellulósa og pektíns eru ekki eiginleg gúmmíefni Helstu tegundir - CMC - Methylcellulósi - Hemicellulósi - Pektín Pektín er náttúrulega til staðar í plöntum en hin efnin eru búin til úr cellulósa CMC · CMC (carboxymethyl cellulose sodium salt) CMC eykur t.d. leysni margra matvæla próteina Óeitrað og ómeltanlegt (notað í ís, búðinga, sælgæti) Leysast vel upp í vatni, stöðug við pH 5-10. · Cellulósi avicel, notað í low calorie matvæli Cellulósi Methylcellullósi · Cellulósi + NaOH + CH3-C-Cl3 methylcellulósi Ekki jónískt pH hefur lítil áhrif Seigja verður lág með T að ákveðnu marki - eftir það myndast hlaup. Notagildi methylcellulósa:Í bökunarvörur - Eykur H2O upptöku, minnkar vatnstap og er ómeltanlegt Hlaup myndast við bakstur Hydroxypropylmethyl cellulósi (propylenoxíð + cellulósi) gerir sama gagn og methyulcellulósi Hemicellulósi Samheiti yfir mörg efni Einkenni: fjöldi af pentósa, glucouronic sýru og deoxysykrum. Fæst við vatnsrof hemicellulósa Margar fjölsykranna eru greinóttar, oft xylosa flokkum oft: súrar ( magn glucouronic sýru) og hlutlausar Hryggur: (1-4)-D-xylosa 2-4 einsykrur algengastar: xylosi, man, gal, glu, rha · Eiginleikar: vatnsheldni og jónabinding Notað í bökunarvörur: Eykur vatnsbindingu, innlimun próteina og rúmmál brauðs Pektín · Fjölliður af: 1,4--D-galacturonopyranosyl einingum Er í miðlagi (hýði) plantna Eiginleikar pektíns eru háðir esterun -COOH hópa, en Esterun er mismunandi eftir þroska plantna (Mynd-) fjöldi esteraðra D-galacturonate DE = * 100 heildarfjöldi esteraðra D-galacturonate · Styrkleiki gelja er ekki háður þessum þætti Bygging pektíns Mikilvægi pektína Mynda stek gel - þarf sýru til að pektíngel myndist og H+ · 0,4% pektín ---> ekki gel við RT · 0,4% pektín ---> mjög sterk gel við RT, þolir 100°C 1 % pektín optimum gel pH - hindrar jónun karboxylhópa Súkrósi - afvötnun pektíns, styrking innri vetnistengja 9-12% ester mehoxyl algengt 16% alger estrun ekki til í náttúrunni Low methoxy pektín gel (LMPG) Low methoxy (LMPG), (lágt DE): Stöðug gel mynduð með tvígildum katjónum krosstenging LMPG - notuð í megrunarsultur og gel, þurfa ekki súkrósa en verða síður brothætt með 10% súkrósa og teygjanleiki þeirra minnkar Ca+2 jónir valda krosstengingu pektína og eru notaðar til að viðhalda stinnleika niðursoðinna tómata og niðurlagðra agúrka. Gúmmíefni B. Eiginleg matvælagúmmí Vatnsleysanleg fjölsakkaríð úr plöntum (land eða sjávar) eða örverum. Eru notuð sem bindiefni í matvælaiðnaði til að auka seigju, límingu og gelmyndun · · · · · Uppsprettur og helstu eininlegu gúmmíefni Plöntur: galactomannan, guar, locust bean Plöntuvelli: gum arabic, gum tragacanth Sjávarfang: agar, carrageenan, algin Örverur: dextran, xanthan Guar gúmmí 14--D-mannopyranosyl með áfast 16--D-galactopyranosyl, á annarri hvorri sameind Mfi. 220.000 dalton Vatnast í köldu vatni seig lausn 1% lausn notuð - svipar til hveitisterkju Leysist betur við hitun en þolir illa T pH, sölt o.fl. hafa lítil áhrif en súkrósi minnkar seigju Notagildi: Í osta og ís (unnar kjötvörur o.fl.) Eykur munnfylli, viðnám gegn hitasveiflum og geymsluþol bökunarvara Gum arabic Flókið heteroglycan, Mfi 250.000-1.000.000, stuttir stífir gormar Vellur úr trjáberki (skemmdum) Er mjög dýrt í framleiðslu - erfitt að finna annað jafngott gúmmí fiarf að nota mikið magn til að fá fram mikla seigju - hlaðið breytist með pH (max 6-8), jónum Myndar ekki hlaup nema í styrk > 50% w/w Lausnir litar og lyktarlausnar - Mikilvægt atriði fyrir aukefni Gum arabic · Notagildi: Aðallega notað í sælgæti · Hindrar kristöllun súkrósa, eykur stöðugleika ýrulausna · Veldur minnkun ískristalla í ís, bindur rokgjörn efni í cítrusdrykkjum Tragacanth gúmmí Flókin blanda ýmissa sykra D-galactouronic sýra, L-fru, D-gal, D-xyl, L-arabinose Tragacanthin (60-70%) leysanlegri hlutinn - Mfi um 800.000 dalton Bassarín er óleysanlegi hlutinn - Mfi um 840.000 dalton 0,5% styrkur í vatni veldur aukinni seigju Stöðugt við T og pH Notagildi: Í salatsósur og aðrar sósur, ávaxtafyllingar o.fl. Gefur aukið rúmmál, munnfylli , byggingu , áferð o.fl. Tragacanth Locust bean gúmmí Einnig galactomannan Dman/Dgal 4:1, ójöfn dreifing gal Langar eyður milli D-gal eininga hentar vel til krosstengingar t.d. við aðrar fjölliður locust bean + carrageenan krosstenging gel Notagildi: Í ábætisrétti, mjúka osta o.fl. Agar · Agar samanstendur af agaran og agaropektíni Agaran: dísakkaríð -D-galactosyl 1,4 tengt við 3,6 anhydro--L-galactopyranosyl Agaropektín: svipað og agaran en að auki 5-10% sulfat esterar D-glucouronic sýru og pyruvat esterar Stöðugur við T > geljunarhitastig 1,5% vatnslausn agargelja við 30°C hefur BM 85°C Agar: Myndar sterkustu gel sem völ er á Notagildi: Í bakteríuræktun, frosna deserta (minnkar syneresis) og mjúka osta. Einnig í bökunarvörur, kjötvörur, gefur stöðugleika, æskilega áferð, hindrar uppþornun o.fl. Carrageenan Unnið úr úr írskum mosa flókin blanda 5 fjölliða , , , , Kappa () og lambda () mikilvægastar í matvælaiðnaði Eigileikar háðir katjón sem tengist súlfíðum á sameindinnir K+ stinn gel - best gelmyndun Na+ ekki gel - leysanlegt í H2O Hár styrkur gel Lítill styrkur seigja í iðnaði: 60% (gelling), 40% (nongelling) stöðugt við pH > 7,0 brotið niður við pH < 5,0 Carrageenan Tengisvæði sameinda í carrageenan eða agar geljum Carrageenan · Notagildi: Til að auka stöðugleika í blöndum af vatni og mjólk - í kakómjólk myndar carrgeenan anjón stöðugan komplex við prótein agnir í lausn (colloidal suspension), minnkar botnfellingu kakós í kakómjólk. · Ennfremur notað í búðinga, bökunarvörur, rúmmál, o.fl. Alginöt · Unnið úr brúnum þörungum og samanstendur af: · D-mannopyranosyluronic sýru (M)+ · L-glucopyranosyluronic sýru (G) bygging: MMMMMM-GMGM-GGGGGGGMGMG-MG-MM Alginatsölt: alkalímálma, ammonía, amína - leysast í köld vatni Alginöt Alginöt Alginatsölt tví og þrígildra katjóna - óleysanleg Seigar lausnir, eiginleikar háðir M/G hlutfalli, Mfi og jónum í lausn · T seigja, RT stöðugar lausnir pH 5-10 stöðugar lausnir Alginöt eru notuð í: Ís ( ískristalla), body texture o.fl. Eykur stöðugleika ýrulausna (gel) Auka stöðugleika bjórfroðu og marenge Notað í kökufyllingar salatsósur o.fl. Gúmmíefni úr örverum - Dextran · Dextran (Unnið úr Leuconostoc bakteríum) · Gert úr: -D-glucopyranosyl 95% 16 tengi, rest 13 og 14 Sum eru vatnsleysanleg Notagildi: Mikið notað í sælgæti: - Eykur rakaheldni og seigju - Minnkar kristöllun sykra - Notað í gúmmísælgæti (gel) - Minnkar kristalmyndun í kremi Gúmmíefni úr örverum - Xanthan · Xanthan (unnið úr Xanthomonas bakteríum) · Utanfrumugúmmí myndað úr cellulósa með áfasta oligosakkaríða · Leysist vel í heitu og köldu vatni · Lítill styrkur gefur seigar lausnir Xanthan gúmmí