Изменения физических свойств и химического состава продуктов при кулинарной обработке

Процесс приготовления пищи включает в себя разнообразные приемы обработки продуктов, в результате которых изменяются их химический состав и физические (структурномеханические) свойства, они приобретают качества, характерные для кулинарно-готовой продукции.

Структурно-механические свойства (СМС) продуктов включают такие признаки, как механическая прочность, упругость (тургор), способность оказывать сопротивление измельчению, развариваемость, легкость разжевывания, интенсивность механически-раздражающего действия на желудочно-кишечный тракт.

У растительных продуктов эти свойства в основном определяются составом клеточных оболочек и их количеством. Клеточные стенки состоят главным образом из не перевариваемых в кишечнике человека полисахаридов - целлюлозы (клетчатка), гемицеллюлозы, пектиновых веществ (протопектина и пектина). Кроме них, в состав стенки входят структурный белок, лигнин, липиды и др. Большим количеством клеточных оболочек отличается мука грубого помола (например, мука ржаная обойная). Она содержит их 11,5%, бобовые (фасоль) - 10%, гречневая, овсяная, пшенная, перловая, ячневая крупа - 3 - 3,5%, сухофрукты - около 5%, корнеплоды (морковь, свекла, петрушка) - около 3%, многие ягоды - 3 - 5%. Относительно мало клеточных оболочек в муке пшеничной высшего сорта, манной крупе, рисе, картофеле, помидорах, тыквенных овощах (0,7 - 1,6%).

У большинства овощей и плодов клетчатка составляет 30 - 45% клеточных оболочек, у зернобобовых - 10 - 20%.

Различные кулинарные приемы неодинаково влияют на СМС. При первичной обработке овощей и плодов снижение содержания клеточных оболочек происходит, когда удаляют зеленые незрелые экземпляры, твердые стебли, у листовых овощей - старые листья, грубые черенки, очищают от кожицы яблоки и другие семечковые плоды. Под влиянием тепловой обработки снижаются упругость тканей (за счет уменьшения содержания в них влаги), механическая прочность; они размягчаются, легче разрезаются и протираются. Это происходит в результате набухания и частичного растворения полисахаридов и структурных белков клеточных стенок, расщепления протопектина, что приводит к разрыхлению и частичному разрушению клеточных стенок, ослаблению связи между клетками. У продуктов, богатых крахмалом, на размягчение влияют набухание крахмальных зерен и процесс клейстеризации, приводящий к образованию вязкого клейстера.

От состава клеточных стенок, их механической прочности зависят кулинарно-технологические свойства, например продолжительность доведения до готовности, сохранение формы, развариваемость, способность к измельчению, протиранию, удержанию влаги измельченными массами, их формовочные свойства и т. п. Так, трудноразваривающиеся овощи (свекла, морковь, брюква, репа) содержат по сравнению с быстро разваривающимися (кабачки, тыква, картофель) больше клеточных стенок. Этим же объясняется то, что продолжительность варки нелущеного гороха в несколько раз больше, чем лущеного. Толщина клеточных стенок у риса в 8 - 10 раз меньше, чем у перловой крупы, поэтому продолжительность варки рисовой каши значительно короче перловой. Кроме того, у готовой рисовой каши обычно нарушена целостность части ядер из-за разрушения клеточных оболочек, тогда как ядра перловой крупы сохраняют форму. Измельчение овощей и плодов, нарушая структуру тканей, сокращает время их приготовления. Например, продолжительность варки кубиков моркови с ребром 20 мм составляет около 30 мин, а нарезанной ломтиками толщиной 1 - 2 мм - всего 7 - 10 мин. В 5 - 7 раз быстрее готовятся вязкие каши из гречневой муки, нежели из ядрицы.

Протирание отварных продуктов для приготовления пюреобразной массы вызывает механическое разрыхление клеточных стенок, при этом часть клеток и их содержимое переходят в массу, что влияет на качество готовых блюд. Так, при протирании горячего картофеля клеточные стенки повреждаются в меньшей степени, чем у остывшего. В результате перехода крахмального клейстера в измельченную массу пюре, приготовленное из остывшего картофеля, имеет клейкую, тягучую консистенцию. Измельчение, припускание и протирание плодов необходимы для проявления желирующих свойств пектина, перешедшего из разрушенных клеток в пюреобразную массу, что важно при изготовлении мусса или самбука.

На механическую прочность большое влияние оказывает реакция среды. Кислая среда задерживает размягчение продуктов при тепловой обработке, что объясняют замедлением расщепления протопектина. На этом основаны многие рекомендации правильности ведения технологического процесса. Так, при изготовлении борщей, щей и рассольников закладку картофеля производят раньше квашеной капусты или соленых огурцов. При тушении свеклы лимонную или уксусную кислоту (для сохранения цвета) добавляют после размягчения продукта, незадолго до конца процесса. Точно так же томат и кислые соусы при приготовлении блюд из бобовых добавляют к сваренным бобам. Развариваемость замедляется в присутствии относительно больших количеств кальция. В жесткой воде (много кальция) развариваемость уменьшается, продолжительность варки соответственно увеличивается. В молоке также много кальция, поэтому овощные молочные блюда готовят на воде, а молоко вводят незадолго до окончания варки.

От механической прочности овощей зависит и выбор приема нагрева. Например, трудноразваривающиеся овощи при жарке не доходят до кулинарной готовности к моменту образования корочки, поэтому жарке подвергают сырые, нарезанные овощи, которые быстрее размягчаются, или предварительно отваренные.

Механическая прочность влияет на процессы пищеварения: отварные продукты легче и полнее перевариваются, еще лучше предварительно измельченные, так как разрыхление клеточных оболочек повышает их проницаемость, ускоряет проникновение ферментов, способствует выделению образовавшихся растворимых веществ.

Мясные продукты имеют волокнистую структуру, которую при органолептической оценке консистенции определяют как тонкую, гладкую, нежную, сочную, легко разжевываемую или грубую, шершавую, сухую и т. п. СМС мяса зависят от характера мышечных волокон, соединительной ткани, содержания жира и влаги. Основные изменения СМС мяса при тепловой обработке связаны с денатурацией и уплотнением белков мышечных волокон, с распадом соединительнотканного белка (коллагена) в присутствии влаги. В результате ослабляется механическая прочность прослоек соединительной ткани между пучками мышечных волокон и кулинарно-готовое мясо становится мягким.

Количество и состав соединительной ткани, в основном определяющие кулинарное использование мяса различных животных, неодинаковы и зависят от их вида, пола и возраста. Соединительная ткань неравномерно распределена в различных частях туши. Так, содержание коллагена в мясе говядины составляет (в % к массе): вырезка - 0,4 - 0,5; толстый и тонкий края - 0,7 - 0,8; плечевая часть лопатки - 1,0 - 1,2; задняя нога (боковая часть) - 1,2 - 1,4; голяшки - 14 - 16. Большое количество внутримышечной соединительной ткани приводит к возрастанию устойчивости мяса к нагреву, что увеличивает время достижения кулинарной готовности и повышает жесткость изделия, затрудняет его переваривание. Механическая прочность мяса старых животных выше, чем у молодых. Этим объясняется и необходимость большего времени тепловой обработки и более жесткая консистенция готовой продукции. Устойчивость к тепловому воздействию баранины и свинины (за исключением шеи и грудинки) меньше, чем у говядины, что связано с меньшей прочностью внутримышечной соединительной ткани. Мясо птиц и кролика тонковолокнистое и содержит меньше соединительнотканных белков, чем мясо убойных животных. Мясо различных видов рыб содержит от 1,5 до 5,5% коллагена (ниже у донных рыб - камбалы и др.), который быстро распадается при тепловой обработке.

Количество соединительной ткани и особенности ее строения определяют различное кулинарное использование отдельных отрубов. Длительной варке и тушению подлежат (плечевая, заплечная и подлопаточные, покромка, заднетазовые части, грудинка). Для жарки используют полуфабрикаты с низким содержанием менее прочной соединительной ткани (вырезка, толстый и тонкий края). Шею, пашину, покромку, заплечную часть передней ноги, обрезки от всех частей туши, которые содержат 2,5 - 3,5% коллагена, относят к котлетному мясу, предназначенному для приготовления фарша и изделий из него.

Мясо птицы и нетощих видов рыб можно жарить.

Для ускорения процессов термического размягчения жестких частей мяса и возможности изготовления из них жареных натуральных изделий применяют различные способы, направленные на уменьшение прочности соединительной ткани. С этой целью производят механическую обработку (отбивание, рыхление) порционных и мелкокусковых полуфабрикатов. Размягчение достигается путем маринования в растворах уксусной и лимонной кислот, так как в результате набухания коллаген быстрее распадается под влиянием нагрева. Все возрастающее применение находит обработка ферментными препаратами с протеолитической активностью.

Следует иметь в виду, что на консистенцию готовых мясных изделий влияют также изменения белков мышечных волокон при тепловой обработке. Превышение температуры и времени варки вызывает сильное уплотнение мышечных волокон, ухудшает консистенцию изделий, особенно приготовленных из печени, сердца и морепродуктов.

Изменения химического состава продуктов. В зависимости от вида сырья, подготовки полуфабрикатов и способов нагрева в разной степени происходят изменения массы, состава белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных элементов, вкусовых, красящих и других соединений. Возникающие при этом потери пищевых веществ вызваны диффузией в греющую среду и распадом под воздействием высокой температуры. Отсюда при варке, наряду с изменениями белков, липидов и полисахаридов, наибольшие потери характерны для водорастворимых веществ (аминокислоты, сахара, минеральные элементы, водорастворимые витамины и т. п.). При этом величина потерь зависит от соотношения продукта и жидкости: при варке основным способом выше, чем при припускании и варке на пару. При жаренье практически нет диффузии водорастворимых веществ в греющую среду, имеет место выпрессовывание жира и частично жирорастворимых веществ (каротиноидов и др.). Высокая температура нагрева вызывает интенсивное испарение влаги и пирогенетические процессы на поверхности продуктов, приводящие к деструкции крахмала, распаду сахаров, реакциям между сахарами и аминокислотами с образованием меланоидинов (придающие свойственные корочке темный цвет, аромат и вкус), глубокому распаду жиров и т. д. разрушению термолабильных аминокислот (цистина, лизина, триптофана) и витаминов (аскорбиновой кислоты, тиамина, пиридоксина).

На величину потерь при тепловой обработке значительно влияет температурный режим, поэтому рекомендуют по возможности использовать ступенчатые режимы нагрева: вначале высокие температуры (при варке - до кипячения, при жарке - до образования корочки), а доведение до кулинарной готовности при более низких температурах.

У овощей и плодов, отваренных целиком, масса почти не изменяется, она уменьшается при измельчении. Значительные потери массы (до 40 - 60%) происходят при жарке. Так, потери массы моркови, вареной целиком, составляют около 0,5%, вареной дольками - 8%, пассерованной - 20 - 32%.

При варке потери сухой массы происходят преимущественно за счет водорастворимых веществ. Величина потерь возрастает у очищенных продуктов, еще в большей мере - измельченных и при закладке в холодную воду. Например, при варке свеклы в кожуре в отвар переходит около 11% сухих веществ, очищенной - 16 - 18%, нарезанной - до 30%. В отвар переходят свободные аминокислоты, сахара (до 30%), органические кислоты, минеральные элементы, особенно калий, натрий, фосфор, железо, медь, цинк (20 - 50%), аскорбиновая кислота (20 - 25%) и др., поэтому отвары после варки очищенных овощей используют для приготовления супов и соусов.

Потери большинства веществ при варке на пару и припускании значительно меньше, составляя 1 - 3%, за исключением термолабильных веществ. Их потери увеличиваются, как правило, с усложнением технологии (протирания сырых и отварных продуктов, тушения).

Крупы и бобовые, в отличие от овощей и плодов, содержат мало влаги (10 - 14%) и много высокомолекулярных труднорастворимых полисахаридов и белков, поэтому для доведения их до готовности требуется большее время. При варке они поглощают жидкость за счет набухания белка и крахмала, что приводит к увеличению массы готовых блюд в 2 - 3 раза. Одновременно за счет частичного растворения и клейстеризации крахмала увеличивается вязкость. При хранении остывших каш и других богатых крахмалом кулинарных изделий в результате изменения полисахаридов (переход из растворимого в нерастворимое состояние) выпрессовывается влага. Это приводит к уплотненной консистенции, увеличению жесткости - черствению. Рассыпчатые каши черствеют быстрее вязких и жидких. При разогревании консистенция каш обычно восстанавливается. Когда готовую кашу хранят на мармите при 70 - 80°С, черствение не происходит в течение нескольких часов. Несмотря на увеличение массы, имеют место небольшие потери сухих веществ. При этом характерны потери 10 - 13% триптофана, метионина и лизина, 25 - 30% тиамина, 10 - 17% рибофлавина и ниацина. Вместе с тем значительно возрастает перевариваемость белков и крахмала. При изготовлении из каш котлет и запеканок возрастают потери термолабильных веществ.

Мясопродукты при варке и жарке, в результате уплотнения белков, плавления жира и перехода в окружающую среду влаги и растворимых веществ, теряют 30 - 40% массы. Наименьшие потери свойственны панированным изделиям из котлетной массы, так как выпрессованная белками влага удерживается наполнителем (хлебом), а слой панировки препятствует испарению влаги с обжариваемой поверхности. Общие потери белка колеблются от 2 до 7%. Однако разрушаются термолабильные аминокислоты, поэтому режимы тепловой обработки влияют на биологическую ценность белка.

Нагрев вызывает вытапливание жира. Кроме того, снижается пищевая ценность последнего в продукте из-за распада жирных кислот; особенно важное значение имеют потери (20 - 40%) линолевой и арахидоновой кислот.

При варке до 40% жира переходит в бульон, часть его эмульгирует и распадается, подвергается окислению. С увеличением продолжительности варки и при сильном кипении, особенно в присутствии натрия хлорида и органических кислот, усиливается эмульгирование жира и его распад, бульон становится мутным и приобретает салистый привкус.

При жарке изменяется жир в продуктах и используемый на кулинарные цели. Быстрое выделение влаги продуктами вызывает разбрызгивание жира и его частичный распад. В процессе жарки имеет место также поглощение продуктами жира, которое уменьшается при разбрызгивании. Общие потери жира меньше у панированных изделий, так как задерживается выделение жира из продуктов, снижается разбрызгивание используемого жира и увеличивается его поглощение. При жарке во фритюре под влиянием высокой температуры и продолжительного нагрева могут происходить глубокие химические изменения в используемом жире (гидролиз, окисление, полимеризация) и накапливаться вредные соединения, придающие жиру неприятный запах и прогорклый вкус. Токсические продукты термического окисления жира адсорбируются на поверхности обжариваемых изделий. Для предупреждения их накопления применяют специальные так называемые фритюрные жиры, устойчивые к высокой температуре, и ограничивают время их использования.

При варке мясных продуктов в бульон вместе с влагой переходит часть растворимых в ней экстрактивных веществ (аминокислоты, дипептиды, пурины, креатин, креатинин, сахара и др.), минеральных элементов и витаминов. Количество и состав их в бульоне неодинаковы при варке мяса из разных частей туши, а также других мясных и рыбных продуктов. Это определяет специфичность аромата и вкуса разных бульонов. Количество перешедших в бульон растворимых веществ повышается при измельчении, увеличении воды и продолжительности варки, поэтому для приготовления отварного мяса или крепкого бульона рекомендуемое соотношение мяса и воды соответственно составляет 1:1 или 1:5 - 6. По сравнению с варкой в кипящем бульоне снижение температуры до 90°С после закипания уменьшает на 20% потери растворимых веществ. На 10 - 15% больше потери экстрактивных веществ при варке мяса куском в количестве 0,5 кг, нежели 1,5 - 2 кг. В припущенном мясе больше экстрактивных веществ, чем в отварном; еще выше их сохранность при жарке. Максимальные потери минеральных веществ происходят при варке (25 - 60%). На величину потерь влияет величина нарезки полуфабриката. Потери витаминов, кроме диффузии, вызваны их разрушением, поэтому потери тиамина и пиридоксина выше при комбинированном нагреве (тушении и т. п.). Высокая сохранность витаминов отмечается у жареных котлет: кратковременная тепловая обработка и незначительное количество вытекающего сока. При варке на пару биточков потери еще меньше.