Химия цвета , вкуса и запаха

1
Характеристика ароматических веществ пищевых продуктов.
Вещества, непосредственно участвующие в создании специфического вкуса и запаха
пищевых продуктов, образуются в результате превращений углеводов, аминокислот и жира
при технологической обработке и хранении. Важную роль в этом процессе играют
микроорганизмы, используемые при выработке продуктов питания (закваски).
В литературе принята классификация ароматических веществ в соответствии с
общепринятой систематикой органических соединений:
- карбонильные соединения;
- карбоновые кислоты;
- лактоны;
- аминосоединения;
- спирты;
- эфиры;
- сернистые соединения и т.д.
Карбонильные соединения. К ним относятся альдегиды – алифатические насыщенные
и ненасыщенные от С1 до С11 (формальдегид, ацетальдегид, пропионовый, масляный,
изомасляный, валериановый, изовалериановый, каприловый и др.), ароматические и
жирноароматические (бензойный, фенилуксусный, фурфурол и др.); кетоны – алифатические
насыщенные и ненасыщенные от С3 до С15 (ацетон, ацетоин, диацетил, бутанон-2, гептанон –
2 и т.д.), ароматические и пр.
Сила и характер запаха карбонильных соединений зависят от строения. Так запах
алифатических альдегидов напоминает запах соответствующего спирта. В чистом виде
низшие альдегиды обладают сильным неприятным запахом: формальдегид и ацетальдегид –
резким, специфическим, изомасляный и изовалериановый – солодовым и кормовым и т.д.
Увеличение количества углеродных атомов в цепи обычно ведет к уменьшению резкого
запаха.
Ароматические и жирноароматические альдегиды имеют сильно выраженные запахи:
бензойный – запах горького миндаля, фурфурол - свежего ржаного хлеба и т.д.
Низшие алифатические кетоны и дикарбоновые соединения (ацетон, диацетил,
глиоксаль, гексанон – 2) являются резко пахнущими веществами. В небольших
концентрациях диацетил, ацетон, гексанон-2 и пентанон-2 обладают приятным характерными
запахами и являются важными компонентами аромата молочных продуктов. Высшие кетоны
с 11-15 атомами углерода имеют сильные и приятные запахи, жирноароматические кетоны –
грубые.
Предшественниками карбонильных соединений могут быть аминокислоты, жирные
кислоты и углеводы.
Основные пути образования алифатических альдегидов:
1.
окислительное дезаминирование (или трансаминирование) аминокислот с
последующим декарбоксилированием образующихся альфа-кетокислот. Таким
путем можно получить формальдегид, ацетальдегид, пропионовый альдегид,
изовалериановый, изомасляный и др.
2.
окисление ненасыщенных жирных кислот и реакции меланоидинообразования;
3.
молочнокислое, спиртовое и др. виды брожения (ацетальдегид).
Основные пути образования кетонов:
1. метилкетонов – бета-окисление жирных кислот. Метилкетоны с нечетным числом
атомов углерода (С5-С15) могут образовываться при декарбоксилировании бетакетокислот (под влиянием микроорганизмов и вследствие тепловой обработки);
2. в результате брожения. Так при брожении лактозы и цитрата могут образовываться
ацетон, ацетоин и диацетил.
2
Карбоновые кислоты. Это молочная и ЛЖК (летучие жирные кислоты) - муравьиная,
уксусная, пропионовая, масляная, каприловая и др. ЛЖК накапливают дрожжи, энтерококки
(Str. faecalis, Str. Bovis) и некоторые молочнокислые палочки (Lbm. casei, Lbm. plantarum).
Путем подбора культур микроорганизмов можно регулировать содержание ЛЖК, а
следовательно, и выраженность вкуса и запаха заквасок.
Основные пути образования карбоновых кислот:
1. различные виды брожения (молочная, муравьиная, уксусная, пропионовая, янтарная,
пировиноградная и др. кислоты);
2. гидролиз жира под действием липолитических ферментов и микрофлоры;
3. окислительное и др. виды дезаминирования аминокислот (из аланина – уксусная
кислота, из треонина и аланина – пропионовая, из валина и лейцина – изомасляная и
изовалериановая, из аспарагиновой – янтарная и яблочная и т.д.);
4. при меланоидинообразовании и карамелизации сахаров;
5. окислении жирных кислот.
Лактоны. В настоящее время выделены и идентифицированы насыщенные и
ненасыщенные δ- и λ – лактоны алифатических кислот с числом атомов углерода от 6 до 20.
Вкус и запах лактонов зависят от их строения и концентрации. Лактоны δ-(С8-С14) и λ –
С12 в небольших концентрациях обладают приятным вкусом и запахом орехов, сливок,
солода, карамели, персиков и малины. При высоком содержании некоторые из них могут
придавать продуктам нежелательные привкусы – несвежий, кокосового ореха и др.
Высокомолекулярные лактоны запахом не обладают.
Аминосоединения. К аминосоединениям, обладающим вкусовыми свойствами,
относятся пептиды, многие аминокислоты, амины и азотистые гетероциклические
соединения. Некоторые аминокислоты имеют выраженный вкус и могут принимать участие в
формировании вкуса и запаха пищевых продуктов. Так, сладкий вкус имеют аланин, глицин,
пролин; горький – типтофан, лейцин, фенилаланин; вкус мясного бульона – глутаминовая
кислота; сернистый –метионин, цистин.
Более сильное влияние на вкус и запах оказывают продукты превращения аминокислот,
образующиеся в результате дезаминирования, декарбоксилирования, а также реакции типа
реакции Стреккера и меланоидинообразования.
Распад по Стреккеру включает взаимодействие дикарбонильных промежуточных
продуктов реакции меланоидинообразования и аминокислот. При этом образуются летучие
(различные альдегиды, пиразины и др.) продукты, влияющие на аромат. Эти вещества
образуются в процессе технологической обработки (при выпечке хлеба, обжарке кофейных
зерен, варке), и их появление часто бывает связано с формированием характерного для
продукта аромата.
Эту реакцию используют также, чтобы получать продукты с разным ароматом —
шоколада, меда, хлеба и др.
При протекании сахар-аминной реакции образуются ароматические вещества —
имидазолы, пиразины, пирролы и др. Например, при взаимодействии D-глюкозы с
аминокислотами при 100°С может продуцироваться карамельный аромат (если используемая
аминокислота — глицин), аромат ржаного хлеба (валин), шоколада (глутамин). При
3
взаимодействии D-глюкозы с метионином получают продукты, имеющие запах картофеля, с
цистеином и цистином – запах жареного мяса.
Кроме того, образование тех или иных ароматических веществ зависит от температуры.
Например, при реакции D-глюкозы с валином при 100°С — ощущается аромат ржаного
хлеба, а при 180°С — аромат шоколада; с пролином — при 100°С — запах жареного белка, а
при 180°С — аромат, присущий пекарским изделиям. Гистидин при реакции с D-глюкозой
(100°С) не дает никакого аромата, а при 180°С — запах жженого сахара.
С этим необходимо считаться при производстве пищевых продуктов, и в ряде случаев, с
точки зрения потребительских свойств, количество летучих ароматических компонентов
должно ограничиваться.
Вкусовые пептиды.
1. Сладкие пептиды – например, аспартам, который используют в качестве
подсластителя или для усиления вкуса в производстве мороженого и кремов. Аспартам
представляет собой метиловый эфир L-α-аспартил-L-фенилаланина. Аспартам слаще
сахарозы в 180 раз, однако при длительном хранении и тепловой обработке сладость
уменьшается.
2. Горькие пептиды – образуются при распаде белков в сырах и молоке при участии
протеаз молочнокислых бактерий. Они представляют собой низкомолекулярные
гидрофобные соединения, содержащие от 2 до 8 остатков аминокислот полипептидных цепей
αs-казеина и β-казеина. Многие из горьких пептидов содержат N-концевую циклизованную
глутаминовую кислоту. По мере гидролиза таких пептидов горький вкус таких соединений
обычно исчезает.
Амины.
В пищевых продуктах обнаружены разнообразные амины: алифатические первичные,
вторичные и третичные моноамины (метиламин, этиламин, изобутиламин, диметиламин и
др.), диамины (путресцин, кадаверин и др.), ароматические (триптамин, тирамин) и др. амины
обладают ярко выраженными вкусовыми свойствами. Многие из них имеют неприятные вкус
и запах (рыбный, аммиачный, кормовой) и вызывают пороки. Предшественниками аминов
являются преимущественно аминокислоты. Алифатические первичные моноамины и
ароматические амины образуются при декарбоксилировании моноаминомонокарбоновых
кислот, диамины
- при декарбоксилировании диаминомонокарбоновых кислот. Так
метиламин образуется из глицина, изобутиламин – из валина, азоамиламин – из лейцина,
тирамин и типтамин – соответственно из тирозина и типтофана, кадаверин и путресцин – из
лизина и орнитина.
Азотистые гетероциклические соединения и их производные – пятичленные
гетероциклы – пиррол, его производные (пирролидин и др.), индол и скатол; шестичленные
гетероциклы – пиридин, его производные (пиколины, пиперидин и др.), пиразин и его
производные (пиперазин и др.).
Производные пиразинов обладают запахом орехов, концентрированные скатол и индол
– неприятным запахом, а при сильном разбавлении – цветочным и т.д.
Пути образования азотистых гетероциклических соединений:
- из аминокислот и сахаров при тепловой обработке (пиррол, пиразин и др.);
- из аминокислот биохимическим путем (скатол, индол, пирролидин, пиперидин).
Спирты и эфиры. В продуктах питания могут образовываться разнообразные
алифатические и ароматические спирты, фенолы, а также эфиры карбоновых кислот – ЛЖК,
молочной, пировиноградной и др. Основную массу спиртов составляет этиловый спирт, в
меньших количествах образуются пропиловый, изомасляный, изобутиловый и др. Среди
эфиров преобладают эфиры этилового спирта и уксусной, масляной и капроновой кислот.
Низшие спирты имеют специфические, иногда неприятные запахи: этиловый –
характерный алкогольный; пропиловый, изобутиловый, изомасляный – запах сивушных
4
масел. Спирты С6-С10 имеют приятные фруктово-цветочные запахи, фенилэтиловый эфир –
запах розы, фенол, крезол и гваякол – химический, фенольные запахи и т.д. Сложные эфиры
низших спиртов и карбоновых кислот обычно представляют собой приятно пахнущие
соединения с запахом различных фруктов и цветов.
Сернистые (серосодержащие) соединения. Среди ароматических веществ важное
значение имеют сернистые соединения (тиолы, сульфиды и др.), придающие пищевым
продуктам определенные органолептические свойства. В больших количествах многие из низ
обладают неприятным запахом: сероводород – запахом тухлых яиц; диметилсульфид –
кормовым; метиональ, меркаптоацетальдегид – сырным, капустным и т.д. Вместе с тем в
небольших количествах они являются необходимыми компонентами вкуса и запаха
некоторых продуктов питания (сыра и т.д.). Основными предшественниками сернистых
соединений являются серосодержащие аминокислоты –метионин и цистеин.
Связывание ароматических веществ
Для многих пищевых продуктов, при получении которых используются разные виды
сушки, углеводы являются важным компонентом способствующим сохранению цвета и
летучих ароматических веществ. Сущность этого заключается в замене взаимодействия
сахар-вода на взаимодействие сахар—ароматическое вещество:
Сахар-вода + ароматическое в-во
сахар-ароматическое в-во + вода
Способность к связыванию ароматических веществ у дисахаридов выражена в большей
степени, чем у моносахаридов. Очень хорошими фиксаторами аромата являются
циклодекстрины (декстрины Шардингера), которые образуются при действии на крахмал
амилазы Bacillus macerans.
Эффективными фиксаторами аромата и красящих веществ являются большие
углеводные молекулы, например, гуммиарабик. Образуя пленку вокруг этих веществ, он
препятствует абсорбции влаги и потере ее за счет испарения и химического окисления.
Большим прогрессом в фиксации пищевых ароматов является использование в технике
микрокапсулирования смесей гуммиарабика и желатина.