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 ímatvælum:

· 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 D-glyceraldehyde

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 hringsÍ vatni er -D-glukósi jafnvægisblanda af og formum

Efnahvörf sykra A. Vatnsrof

Hægt að nota H+, hátt hitastig T og ensímen -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 sykraD. Brúnunarhvörf

firjár gerðir brúnunarhvarfa:

· 1. C-vítamín oxun (ensímhvötuð)· 2. Ensímatísk brúnun· 3. Óensímatísk brúnun

· i) karamellun· ii) Maillard brúnun· iii) bruni

Ensímatísk brúnunOxunarhvörf

· 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 SO3

2- 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 TAmínósýran lysine verður oftast takmarkandi t.d. í morgunkorni og mjólk

· Fersk mjólk 100°C 2-3 min 5% niðurbrot lysþurrmjólk (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 kolvetnaBinding 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 matvælaCellulósi, 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 matvælumGefur 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 Tegund · Óleysanleg 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 E-númer

· bindiefni 400-499

· bragðaukandi efni 600-699

· bragðefni

· froðueyðar 900-999

· hjálparefni

· kekkjavarnarefni

· litarefni

· lyftiefni

· rotvarnarefni 200-299

· sýrur, basar og sölt 300-399

· sætuefni

· yfirborðsefni 900-999

· þráavarnarefni 300-399

· önnur efni· Sterkjusambönd teljast hráefni (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-galacturonateDE = * 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°C1 % 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.

GúmmíefniB. 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-GGGGGGG-

MGMG-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