Procesy biochemiczne zachodzące w żywności podczas przygotowywania potraw.

[Maxell]

Procesy biochemiczne zachodzące w żywności podczas przygotowywania potraw

 

 

Procesy biochemiczne mają na celu podwyższenie strawności i przydatności artykułów spożywczych i opierają się na działalności niektórych mikroorganizmów. Enzymy wydzielane przez niektóre mikroorganizmy powodują zmiany w produktach żywnościowych, polegające na rozluźnieniu tkanki, lub zmiany natury chemicznej poszczególnych składników odżywczych.

 

Przykładem stosowania zabiegów biochemicznych w technologii są kiszonki warzywne, napoje fermentacyjne, itp. Obróbka zimna polega na przyrządzaniu z półfabrykatów jarzynowych lub mięsnych sałatek, surówek, zakąsek i dań garmażeryjnych.

 

Obróbka termiczna

 

Większość produktów żywnościowych w stanie surowym nie nadaje się do spożycia, ponieważ:

 

• zawarta w nich skrobia jest źle trawiona przez organizm ludzki,

• nie zmiękczony pod wpływem ogrzewania błonnik drażni przewód pokarmowy,

• ścisłe przyleganie komórek w produkcie utrudnia przenikanie soków trawiennych, np. w mięsie - włókna mięśniowe są spojone nie rozklejoną tkanką łączną lub w produktach roślinnych – komórki nie rozklejonym lepiszczem - ścian komórkowych, tzw. protopektyną.

 

Jednym z najważniejszych celów obróbki termicznej jest zwiększenie strawności pożywienia. W niektórych przypadkach obróbka termiczna obniża szkodliwość produktu, czyli inaktywuje drobnoustroje oraz powoduje rozkład niektórych trujących substancji.

Obróbka termiczna powoduje jednak i niepożądane zmiany w surowcach żywnościowych, obniża ich wartość odżywcza, zwłaszcza przyczynia się do destrukcji witamin. Podczas tego procesu witamina C (kwas askorbinowy) i witamina B₁ (tiamina) ulegają łatwo utlenieniu i stają się biologicznie nieczynne. Jak wiadomo większość reakcji chemicznych łatwiej przebiega pod wpływem ogrzewania, dotyczy to również procesu utleniania witamin i innych substancji odżywczych w czasie przyrządzania potraw. Do wywarów przechodzą z surowców żywnościowych również składniki mineralne. Obróbka termiczna powoduje zmiany strukturalne, fizyko-chemiczne w produktach spożywczych:

 

• skrobia ulega rozklejaniu,

• błonnik pęcznieje,

• komórki w tkankach rozluźniają się,

• białko częściowo denaturuje się,

• tłuszcz może ulegać rozmaitym zmianom chemicznym (hydroliza, utlenianie),

• wytwarzają się substancje smakowe i aromatyczne, co działa pobudzająco na apetyt i na lepsze przyswajanie przez organizm,

• zmniejsza objętość niektórych produktów.

 

Zjawisko wymiany cieplnej między produktami i środowiskiem w warunkach termicznej obróbki jest dość skomplikowane. Produkty żywnościowe charakteryzują się słabym przewodnictwem ciepła, wskutek czego ogrzewanie ich przebiega najszybciej w zewnętrznej warstwie. Stopień przewodnictwa ciepła nie jest jednakowy. Czas nagrzewania i gotowania zależny jest od wielkości kawałków, z tego też względu proces rozdrabniania skraca czas obróbki cieplnej.

Zależnie od temperatury i środowiska roboczego wszystkie metody stosowane w obróbce cieplnej można podzielić na: gotowanie, smażenie, duszenie, i pieczenie.

 

Gotowanie

 

Polega na poddawaniu produktu działaniu temperatury wrzącej wody lub pary. Podwyższenie temperatury wrzątku może nastąpić na wskutek przejścia do niego pewnej ilości substancji rozpuszczalnych w danym środowisku. Część składników odżywczych produktu gotowanego rozpuszcza się przez ogrzewanie w wodzie, należy więc zwrócić uwagę na właściwe wykorzystanie wywarów. Podczas gotowania główną rolę odgrywa zjawisko dyfuzji. Poprzez rozpuszczanie się w wodzie takich substancji jak cukier, sole mineralne, przyjmuje ona smak, barwę, zapach rozpuszczonych w niej substancji. Po ogrzaniu produktu do 60⁰C ścięta otoczka protoplazmatyczna komórek traci swe własności wybiórcze. Przestaje być wówczas błoną półprzepuszczalną i wymiana składników pomiędzy surowcem a wywarem zachodzi w dużo  większym stopniu. Suche produkty, np. nasiona strączkowe, suszone owoce, jarzyny podczas gotowania pęcznieją. Ponadto ulegają wyługowaniu rozpuszczalne w wodzie substancje, które nadają smak wywarowi. Niektóre produkty spożywcze gotują się bez osiągnięcia punktu wrzenia środowiska , np. skrobia rozkleja się w temp. 60⁰C, ścinanie niektórych białek następuje w zależności od ich rodzajów w granicach 60-72⁰C.

Gotowanie działa na stan koloidowy artykułów żywnościowych, zmienia napięcie powierzchniowe, stopień rozproszenia, ciśnienie osmotyczne. Zmienia się również zdolność wiązania wody przez koloidy hydrofilne i hydrofobowe.

Zmiany zachodzące w produktach podczas gotowania można ująć ogólnie w następujący sposób:

 

1. w początkowej fazie nagrzewania większość białek pęcznieje, zachodzi ich uwodnienie, cząstki białek zwiększają swą objętość,

2. w miarę podwyższania temperatury zachodzi proces odwrotny, białko ścina się, kurczy, wypycha pobraną wodę,

3. odmiennie zachowuje się kolagen, który rozpuszcza się w gorącej wodzie, tężeje przy chłodzeniu,

4. skrobia pęcznieje, tworzy zawiesinę, rozkleja się, następnie staje się koloidem, dalsze zmiany skrobi w temperaturze poniżej 100⁰C nie zachodzą,

5. cukier w środowisku ciekłym rozpuszcza się.

6. błonnik pęcznieje i mięknie,

7. tłuszcz wytapia się z produktu, a ogrzany do wysokiej temperatury rozkłada się,

8. niektóre witaminy ulegają utlenianiu,

9. składniki mineralne, kwasy organiczne, substancje wyciągowe, witaminy przechodzą do wywaru.

 

Gotowanie bez wody lub z minimalnym jej dodatkiem.

 

Podczas gotowania wykorzystuje się wodę zawartą w produktach żywnościowych oraz dodaną w minimalnej ilości (1/100 w stosunku do objętości naczynia, przy produktach suchych ilość dodawanej wody jest większa). Ciepło do potraw przekazywane jest za pomocą pary wodnej oraz poprzez przewodzenie. Proces wymiany ciepła przebiega w następujący sposób:

 

• ciepło odbierane płycie grzejnej przenika za pomocą przewodzenia przez dno naczynia do wewnętrznej powierzchni garnka i jest przekazywane wodzie, powodując jej parowanie,

• para przez konwekcję rozprzestrzenia się w naczyniu, stykając się z produktem i ściankami naczynia oddaje ciepło, skrapla się i spływa na dno, gdzie jest ponownie ogrzewana i cały cykl powtarza się.

 

Zaletą takiego typu gotowania jest to, że uzyskany produkt posiada lepsze parametry sensoryczne i żywieniowe, tzn. z większą zawartością witamin, mikro-, makroelementów oraz fizycznych (tekstura, barwa) w porównaniu z tradycyjnym sposobem obróbki cieplnej.

 

Smażenie

 

 

Jest to proces nagrzewania produktu w dużej lub małej ilości tłuszczu w temperaturze umożliwiającej zmiany biochemiczne surowca.

Na skutek działania wysokiej temperatury następuje dehydratacja (odwodnienie) produktu. Gdy temperatura dochodzi do 105⁰C rozpoczyna się proces dużych zmian chemicznych z jednoczesnym wytwarzaniem się aromatycznych substancji. Charakter i swoistość tych substancji zależy od chemicznego składu smażonego produktu, od temperatury i czasu smażenia.

Tłuszcz jest przewodnikiem ciepła między naczyniem a produktem i pozwala na równomierne nagrzewanie. Pod wpływem nagrzanego tłuszczu powstaje na powierzchni smażonego produktu aromatyczna „skórka” ze ściętego białka lub ze skarmelizowanej skrobi. Temperatura wewnątrz produktu nie przekracza 1000C, ponieważ w wyższej temperaturze nastąpiłoby szybkie odparowanie całej zawartości wody. „Skórka” chroni produkt od utraty płynnych składników oraz od przenikania do wnętrza nadmiernej ilości tłuszczu. Jeżeli produkt przeznaczony do smażenia na powierzchni jest wilgotny, wówczas woda lub sok komórkowy przekształca się na zewnętrznej otoczce w parę, która oddziela smażony element od gorącego tłuszczu i nie dochodzi do wytworzenia się „skórki” zabezpieczającej produkt przed wysuszeniem. Jeżeli smażony element zostanie otoczony mąką lub ciastem, wówczas zostają zahamowane procesy wyługowania i parowania. „Panierka” wchłania wodę, substancje wyciągowe i tłuszcz.

Wysoka temperatura smażenia ma wpływ na tworzenie się substancji smakowych i zapachowych z takich substancji wyjściowych jak białko, węglowodany, i substancje wyciągowe. Substancje wyciągowe działają pobudzająco na zmysł smaku, przyczyniają się do wzmożenia wytwarzania soków trawiennych i do podniesienia stanu odżywiania.

W czasie procesu smażenia dochodzi do następujących zmian w produktach:

 

1. woda zawarta w zewnętrznej warstwie produktu gwałtownie paruje,

2. ogrzana woda wewnątrz produktu powoduje pęcznienie białka, które w miarę wzrostu temperatury ścina się, kurczy i wydziela wodę,

3. woda służy również do rozklejania skrobi, która ulega hydrolizie na dekstryny i na maltozę; cukry karmelizują na powierzchni produktu,

4. błonnik pęcznieje wewnątrz produktu.

5. tłuszcz wytapia się, emulguje i jest absorbowany na powierzchni koagulujących cząstek białka,

6. niektóre witaminy ulegają zniszczeniu w większym lub mniejszym stopniu,

7. składniki mineralne i wyciągowe w przeważającej części zostają wewnątrz produktu. Zmiany w produktach zależą od temperatury nagrzania tłuszczu i od czasu trwania procesu smażenia,

 

Smażenie bez tłuszczu – zachodzi w podobny sposób. Pod wpływem temperatury wytapia się tłuszcz co zmniejsza kaloryczność mięsa. Przykrycie naczynia powoduje efekt duszenia mięsa we własnym sosie.

 

Duszenie

 

Duszenie to proces polegający na ogrzewaniu produktu w zamkniętym naczyniu z niewielkim dodatkiem wody i tłuszczu. W początkowej fazie duszenia produkt obsmaża się na tłuszczu, podlewa wodą, a następnie stawia na ogrzanej płycie kuchennej w przykrytym naczyniu. Pod wpływem ogrzewania woda z naczynia i z produktu zaczyna parować. Para skrapla się na pokrywie i spływa z powrotem po ścianach naczynia. Przegrzana para podnosi ciśnienie wewnątrz naczynia, co jest przyczyną podniesienia się temperatury ponad 100⁰C. Działanie przegrzanej pary podobne jest do działania wilgotnego ciepła. Substancje aromatyczne powstające ze składników podstawowych potrawy rozpuszczają się w wodzie i w tłuszczu. Proces tworzenia się aromatu jest wzmożony przez rozerwanie się ścian komórkowych. W czasie gotowania w wodzie wyzwalają się również substancje zapachowe, jednak nie są one tak silnie związane z wywarem jak przy duszeniu. Pod działaniem pary i tłuszczu następują podobne zmiany w tkankach produktu jak przy gotowaniu i smażeniu. Ta metoda przyrządzania potraw wymaga dużej uwagi, ponieważ jeśli ciecz wyparuje, to na dnie naczynia podnosi się temperatura w ciągu 1-2 minut do 300⁰C i wyżej. Wówczas dolna część produktu ulega zniszczeniu. Para z płynnej części produktu zapobiega przegrzaniu a olejki eteryczne rozpuszczają się w tłuszczu. Proces duszenia stosuje się zwykle do mięsa twardego, zawierającego dużo tkanki łącznej.

 

Pieczenie

 

Pieczenie polega na działaniu wysokiej temperatury ogrzanego powietrza na produkt w zamkniętej przestrzeni piekarnika. Proces ten ma zastosowanie przy wypieku ciast, przy pieczeniu mięsa, jak również przy zapiekaniu kasz. Pieczenie powoduje zmiękczenie tkanek produktu, ścinanie białka, karmelizowanie skrobi w warstwach zewnętrznych, zmianę skrobi na klej skrobiowy lub dekstrynę wewnątrz produktu oraz powstawanie  substancji pobudzających wydzielanie soków trawiennych. Temperatura piekarnika i czas pieczenia powinny być dostosowane do rodzaju surowca, jego objętości i stopnia rozdrobnienia. Utworzona „skórka” na powierzchni produktu pełni podobną rolę jak w procesie smażenia.

 

Autorzy:

dr hab. inż. Paweł Sobczak

dr hab. Wioletta Żukiewicz-Sobczak