При какой температуре крахмал в картофеле превращается в сахар

Неоднородность строения тканей клубня картофеля обусловливает неоднородность его химического состава, а также разную активность физиолого-биохимических процессов, происходящих в нем. Так, в покровных тканях особенно велико содержание клетчатки, гликоалкалоидов (соланин и чаконин), полифенолов (кофейная кислота, хлорогеновая кислота, скополетин). Этим в значительной мере объясняется защитная роль покровных тканей против инфекции. В меристематических тканях высоко содержание нуклеиновых кислот, чем обусловлена способность этих тканей образовывать новые органы.

Локализацию веществ по отдельным тканям клубня всегда следует иметь в виду при изучении химического состава картофеля и его изменений, возникающих во время хранения.

Вода и сухие вещества. На долю воды в клубне в среднем приходится 75%, на долю сухих веществ – 25%. Подавляющая часть последних (в среднем 24%) – органические вещества, около 1% -минеральные соединения.

Большая часть воды в клубнях находится в свободной, подвижной форме и лишь незначительное количество (не более 5%) – в связанном состоянии, прочно удерживаемом клеточными коллоидами. Поэтому картофель сравнительно легко высушить до влажности 10-12%. Дальнейшее удаление воды (особенно ниже 5%) сопряжено с определенными трудностями и может быть достигнуто лишь с помощью специальных сушилок.

Вегетирующее растение непрерывно испаряет воду и этим препятствует перегреву. Расход воды компенсируется благодаря непрерывной и энергичной подаче ее корневой системой. Естественно, этого не происходит при хранении картофеля. Защита клубней от перегрева во время хранения обеспечивается не путем испарения воды, а с помощью теплового излучения (температура ткани выше окружающей среды). Испарение клубнями воды во время хранения может оказать самое неблагоприятное влияние на процессы обмена веществ. При испарении воды происходит ослабление тургора клеток и увядание тканей. Последнее усиливает процессы распада содержащихся в клетках органических веществ, увеличивает их расход на дыхание, а также нарушает энергетический баланс. В результате этого устойчивость картофеля к поражению микроорганизмами заметно снижается.

Испарение воды тканями клубней – основная причина уменьшения их массы при хранении. В среднем 2/3 убыли массы картофеля при хранении происходит в результате испарения воды и 7з – в результате расходования органических веществ на дыхание. Это положение справедливо, если хранить картофель при температуре до 5 °С. При более высокой температуре усиливается процесс дыхания и сильно возрастают потери массы в результате расхода органических веществ. Так, потери массы клубней при температуре 0 °С в результате испарения воды в 3 раза больше, чем в результате дыхания, а при 13 °С в 1,3 раза больше.

Органических веществ клубней, в процессе хранения расходуется значительно меньше по сравнению с испаряемой водой, поэтому к концу хранения доля сухих веществ в них чаще всего возрастает. Но подобное возрастание является относительным, что следует учитывать при изучении динамики органических веществ в хранящихся клубнях. Содержание зольных веществ практически не изменяется.

Для успешного хранения картофеля необходима эффективная защита клубней от увядания, поэтому в хранилищах приходится поддерживать достаточно высокую относительную влажность воздуха (85-90%). В то же время желательно, чтобы поверхность клубней была сухой: на ней не должны образовываться капельки влаги, благоприятной для прорастания спор и развития паразитарных микроорганизмов. Эффективное средство для предупреждения образования капель воды- хранение в условиях активного вентилирования.

Подавляющую часть сухих веществ клубней составляют углеводы, в частности крахмал. Насколько сильно колеблется содержание сухих веществ в зависимости от сорта и погодных условий года, можно судить на основании пятилетних анализов клубней картофеля, выращенных в Московской области (в % сухих веществ).

В сухое, жаркое лето сухих веществ в клубнях больше, чем в холодное, дождливое. При заметном колебании содержания сухих веществ по отдельным годам соотношение между сортами по данному показателю сохраняется, и оно является строго определенным сортовым признаком.

В клубнях картофеля соотношение между содержанием сухих веществ и крахмала в среднем равно 5,75, На основании найденной величины был разработан метод определения крахмала в картофеле в зависимости от плотности клубней.

Среднее содержание отдельных органических веществ в клубнях картофеля следующее (в % на свежую массу): крахмала 17,3, сахара 0,9, клетчатки 1,0, пектиновых веществ 0,7, белков 1,2, органических кислот 0,2, свободных аминокислот 0,7, веществ фенольной природы 0,1, липидов 0,1, прочих веществ 1,8.

Некоторые вещества содержатся в клубнях в тысячных долях процента, но выполняют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности, часто гораздо большую, чем вещества, содержащиеся в больших количествах. Например, нуклеиновые кислоты, которые отнесены к прочим органическим веществам картофеля, хотя с ними связаны наследственность и изменчивость живых организмов.

Крахмал и сахара. С содержанием крахмала и Сахаров и их превращениями во время хранения связаны кулинарные и многие другие свойства картофеля. С учетом этих превращений необходимо поддерживать температурный режим хранения картофеля.

Давно известно, что при температуре, близкой к нулевой, клубни картофеля приобретают несвойственный им сладкий вкус. Если выдержать эти клубни некоторое время в тепле, то сладкий вкус исчезнет. Изучению причин такого явления посвящены многочисленные исследования. Полученные данные имеют прямое отношение к установлению оптимального режима хранения картофеля.

Качество вареного и сушеного картофеля, картофельной крупки, а еще в большей мере хрустящего картофеля (чипсы), как правило, тем выше, чем ниже содержание Сахаров в исходном продукте.

Исходное содержание Сахаров в сырье определяет не столько качество свежеприготовленного продукта, сколько его устойчивость при хранении. Установлено, что одной из основных причин порчи всех продуктов из картофеля во время хранения является происходящий в них процесс взаимодействия между редуцирующими сахарами и аминокислотами. При этом образуются темноокрашенные продукты – меланоидины, которые вызывают не только потемнение продукта, но и ухудшение его свойств – вкуса, развариваемости, набухаемости, витаминной активности. Следовательно, для переработки наиболее пригодны сорта картофеля с самым низким содержанием Сахаров. Если сладкий вкус картофеля ощущается как только уровень Сахаров в картофеле превышает 7-8% сухого вещества, то заметное ухудшение качества готового продукта наступает уже при содержании Сахаров 5-6%.

С содержанием Сахаров, по-видимому, связан и такой еще малоизученный, но важный признак, как запах вареного картофеля. С помощью газовой хроматографии удалось выделить из вареного картофеля 18 летучих соединений. Все они имеют низкую температуру кипения (120 °С) и в значительной мере определяют запах многих других вареных пищевых продуктов. Ни одно из летучих соединений не обнаружено в сыром картофеле. Эти соединения (кроме четырех) были получены в модельных опытах при нагревании аминокислот с растворами сахарозы. Скорость их образования в первую очередь зависит от природы и количества Сахаров.

Исследования показали, что разные сорта картофеля отличаются не только по содержанию Сахаров, но и по интенсивности их накопления во время хранения. В одних сортах уровень Сахаров возрастает медленно, в других -быстро.

Сортовые различия особенно сильно проявляются при хранении картофеля в условиях низкой температуры, способствующей быстрому накоплению в клубнях Сахаров. Так, за 5 месяцев хранения при температуре 1 °С уровень Сахаров в клубнях сорта Передовик возрос в 12 раз, а в клубнях сортов Октябренок и Берлихинген – примерно в 4 раза. В результате этого, если при закладке на хранение наименьшее количество сахаров было в клубнях сорта Передовик, то к концу хранения оно оказалось в сорте Октябренок. Клубни же сорта Берлихинген как в начале, так и в конце хранения отличались наиболее высоким содержанием Сахаров. За 7 месяцев хранения при температуре около 0 °С в клубнях сорта Лорх количество сахаров возросло с 1,24 до 5,21%, в клубнях сорта Янтарный – с 0,55 до 3,48%, Это происходило как в результате увеличения содержания редуцирующих Сахаров, так и сахарозы.

Еще в прошлом веке установлено, что накопление в картофеле Сахаров, как и их исчезновение при смене холодного хранения на теплое, обусловлено различной скоростью отдельных превращений крахмала и Сахаров. Но скорость эта в различном интервале температур меняется по-разному. Так, при снижении температуры с 20 до 0 °С скорость реакций крахмал → сахар уменьшается на 7, а сахар → крахмал- в 20 раз; скорость же потребления сахара при дыхании (сахар → С02+Н2О) уменьшается в 3 раза.

Следовательно, при снижении температуры заметно уменьшается скорость всех трех реакций. Однако больше всего ослабляется ресинтез крахмала. В этом основная причина накопления Сахаров в клубнях при низкой температуре. С повышением температуры скорость этой реакции возрастает снова сильнее других, поэтому она в первую очередь ответственна за исчезновение Сахаров в клубнях при выдерживании их после холодного хранения в тепле.

Разная скорость реакций объясняется тем, что они катализируются ферментами, оптимум действия которых находится на различных участках температурной кривой. Вместе с тем большое влияние на активность ферментов оказывает величина рН внутриклеточной среды клубней, которая также неодинакова при разной температуре.

При температуре 0 °С растворимость углекислого газа в воде в 2 раза выше, чем при 20 °С, поэтому чем ниже температура хранения, тем больше образующейся при дыхании углекислоты растворяется в клеточном соке и тем ниже рН внутриклеточной среды. С понижением величины рН распад крахмала преобладает над его синтезом, а с повышением рН усиливается синтез крахмала.

Кроме того, при низкой температуре в результате сильного накопления в клубнях Сахаров, т. е. дыхательного субстрата, активность дыхания может оказаться выше, чем при более высокой температуре, хотя вообще со снижением температуры дыхание ослабляется. Так, при 18 °С дыхание клубней интенсивнее, чем при 4 и 7 °С, а при температуре 1 °С активнее, чем при 4 °С.

Исследования, согласно которым от 2/3 до 3/4 исчезающих Сахаров превращается в крахмал, а остальные сгорают при дыхании, были впоследствии повторены. И хотя во многих опытах соотношения между расходованием Сахаров и возрастанием крахмала в клубнях оказались иными, причины такого рода явлений стали предметом критического разбора лишь в последнее время. Более того, некоторые исследователи считали возможным на основании одного лишь уменьшения Сахаров в клубнях судить о параллельно идущем ресинтезе крахмала, не определяя его содержания.

Анализ литературных данных приводит к выводу о том, что в одних случаях при смене холодного хранения на теплое содержание крахмала часто возрастает больше, чем можно ожидать на основании ранее установленных положений, а в других – совсем не увеличивается или даже уменьшается.

На основании установленной возможности перехода большей части образовавшихся в клубнях Сахаров вновь в крахмал некоторые исследователи предложили хранить картофель при температуре около 0 °С для подавления жизнедеятельности микроорганизмов и задержания прорастания клубней, а чтобы освободиться от накопившихся Сахаров, выдерживать клубни перед их использованием некоторое время при температуре около 20 °С. Однако этот вопрос и в теоретическом, и в техническом отношении оказался более сложным, чем он представлялся вначале.

Со снижением температуры с 5 до 0 °С действительно сильно подавлялась жизнедеятельность фитопатогенных микроорганизмов, но из-за возникающих при этом нарушений обмена веществ одновременно сильно ослаблялась устойчивость клубней к физиологическим и инфекционным болезням. Оказалось также, что не просто освободиться от Сахаров, образующихся в клубнях при распаде крахмала. На скорость превращений Сахаров в крахмал оказывает большое влияние не только температура, при которой картофель хранился ранее, но и длительность хранения при низкой температуре. Если низкую температуру хранения (0 °С) меняли на высокую в декабре, т. е. после 2,5 месяца хранения при 0 °С, то сахаристость клубней снижалась уже на второй день выдерживания их в тепле. Если же температуру меняли в марте, т. е. после 5,5 месяца хранения при 0 °С, то в первый день выдерживания в тепле наблюдалось даже некоторое повышение сахаристости клубней, и лишь через двое суток она начинала снижаться.

По-видимому, при длительном хранении картофеля в условиях низких температур процессы распада крахмала заходят настолько глубоко, что для его ресинтеза требуется значительное время. Чем дольше картофель хранится при низкой температуре, тем больше времени необходимо для ресинтеза. Чтобы снизить содержание Сахаров в картофеле, находившемся 7-8 месяцев при температуре около 0 °С, его надо выдерживать при 20 °С неделю и больше. Но при этих условиях картофель может испортится еще до снижения в нем сахаристости.

Поскольку разные авторы анализировали картофель после различных сроков пребывания его на холоде и в тепле, то и данные о содержании в нем крахмала и Сахаров оказывались различными.

В большинстве случаев снижение сахаристости при выдерживании в тепле оказывается большим, чем это необходимо для ресинтеза крахмала и затрат на дыхание. Например, за 10 суток хранения картофеля в тепле до 10-15% израсходованных сахаров (на сухое вещество) не превращается в крахмал. Между тем на дыхание расходуется не более 1% сахара, что легко установить на основании данных о выделении клубнями СО2 и высчитанному по нему расходу глюкозы. По-видимому, сахара, не использованные на ресинтез крахмала и на дыхание, превращаются в какие-то промежуточные соединения, химическая природа которых еще не изучена. Вероятно, они могут возникать как на пути полимеризаций сахаров, так и при их окислении. Во всяком случае, сахара не превращаются в декстрины, так как их в картофеле ничтожно мало (не более 2-3% сухого вещества).

Ресинтезированный крахмал отличается от исходного более мелким размером зерен. Уменьшение среднего размера зерна происходит главным образом в результате увеличения доли мелких зерен. Если в исходном крахмале на долю мелких приходилось 20% всех зерен, то в ресинтезированном – 35%. А размер крахмального зерна оказывает большое влияние на развариваемость картофеля и его консистенцию.

Распад крахмала в клубнях картофеля может происходить двумя путями: гидролитическим – с участием амилазы и фосфорилитическим – с участием фосфорилазы. Второй путь обычно рассматривается как основной, так как активность фосфорилазы в хранящихся клубнях очень высока. Активность амилазы часто не удается обнаружить или она оказывается очень низкой.

На основании обобщения данных ряда исследований было сделано заключение, что в период покоя клубней амилаза принимает лишь очень небольшое участие в гидролизе крахмала. Распад крахмала в это время происходит преимущественно фосфорилитическим путем. Но после выхода из состояния покоя и прорастания наблюдается резкое усиление активности амилазы. В связи с этим распад крахмала при прорастании клубней носит, по-видимому, скорее гидролитический, чем фосфоролитический характер.

Не исключено, что приводимые в литературе данные о более низкой активности амилазы по сравнению с фосфорилазой в хранящихся клубнях в значительной мере объясняются несопоставимостью методов определения этих ферментов. Активность фосфорилазы принято измерять по изменению содержания фосфора методами, позволяющими учитывать колебания в 1,5 мкг фосфора. Активность же амилазы обычно измеряют по приросту сахаров, что позволяет уловить разницу только в 0,5 мг. Если активность фосфорилазы выразить не в микрограммах фосфора, а в миллиграммах сахара, то разница в активности этих двух ферментов окажется не такой уж большой или ее вообще не окажется.

Остановимся на механизме синтеза сахарозы и моноз.

Опытами с меченым углеродом установлено, что инфильтрация- радиоактивной глюкозы в листьях разных растений приводит к синтезу сахарозы, в которой С14 распределен равномерно в глюкозной и фруктозной половинах молекулы. Так же легко синтезируется сахаре за из фруктозы.

В растениях эти сахара легко переходят из одной формы в другую через фосфорные эфиры. Отсутствие же или незначительное накопление фруктозы в клубнях, возможно, связано с тем, что образующаяся фосфорилированная фруктоза быстро синтезируется в сахарозу.

Вопрос о синтезе сахарозы оставался неясным вплоть до открытия в растениях новой группы соединений фосфорилированных производных уридина. Оказалось что уридинфосфаты, как в аденинфосфаты, участвуют во многих синтетических реакциях синтеза и превращения углеводов.

Изучение действия ферментов, синтезирующих сахарозу в клубнях картофеля, показало, что в них присутствует система, синтезирующая сахарозу через уридин-дифосфатглюкозу (УДФГ). Вместе с тем ее активность после y-облучения клубней не увеличивалась, хотя содержание сахарозы в них возрастало в несколько раз. Очевидно, в картофеле существует какая-то другая система, ответственная за синтез сахарозы.

В клубнях некоторых сортов и особенно диких видов при низкой температуре хранения увеличивается содержание преимущественно моноз. Клубни картофеля, выращенные на севере, быстрее накапливают сахара, чем выращенные на юге, причем больше образуется сахарозы. В клубнях картофеля, выращенных на юге, образование моносахаров и дисахаридов протекает почти равномерно.

Интенсивность накопления Сахаров в клубнях при низкой температуре сильно зависит от физиологического состояния клубней. Так, если поместить клубни на хранение при нулевой температуре вскоре после уборки, то за 2 месяца хранения содержание Сахаров в них может увеличиться в 5 раз. Если поместить клубни и условия нулевой температуры после 4-месячного пребывания их при 4 °С, то содержание Сахаров за 2 месяца холодного хранения возрастает не более чем в 2 раза, К тому же освободиться от этих Сахаров гораздо легче, поскольку часть их можно вновь превратить в крахмал за несколько дней хранения при температуре 20 °С. Так, в свежеубранных клубнях сорта Лорх за 2 месяца хранения (ноябрь-декабрь) при температуре 0 °С содержание Сахаров увеличилось с 1,1 до 5,6% исходной сырой массы картофеля. В клубнях того же сорта, перенесенных в условия нулевой температуры в феврале, т. е. через 4 месяца хранения при температуре 4 °С (октябрь – январь), содержание Сахаров возросло с 1,6 до 3,7%.

Страницы 1 2

Источник