72190

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ «ХИМИЯ ПИЩИ»

Книга

Химия и фармакология

В основе производства пищевых продуктов лежат превращения основных компонентов пищи воды белковых веществ липидов углеводов солей и витаминов. Их классификацию состав и строение; пищевую энергетическую и биологическую ценность основных нутриентов...

Русский

2014-11-19

1.54 MB

25 чел.

ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт

пищевой промышленности

Лупинская С.М.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

«ХИМИЯ ПИЩИ»

Кемерово 2009 г.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

В соответствии с государственным стандартом подготовки специалистов по специальности « Технология молока и молочных продуктов » пищевая химия является обязательной дисциплиной. Она базируется на знаниях студентов, полученных при изучении предмета химии (неорганической, органической, аналитической, физической, биологической), обобщает их и систематизирует. В то же время пищевая химия является основой для изучения специальных технологических дисциплин кафедры.

В основе производства пищевых продуктов лежат превращения основных компонентов пищи - воды, белковых веществ, липидов, углеводов, солей и витаминов. В связи с этим в курсе «Пищевая химия» значительное место отведено изучению и рассмотрению химической природы, пищевой ценности и изменению компонентов пищи в процессе хранения и переработки.

Пищевая химия опирается на положения науки о питании и принципы рационального питания, изучает основные биохимические процессы при пищеварении, роль отдельных нутриентов в организме человека.

Современные тенденции развития пищевой промышленности и экологические проблемы делают необходимым включение в курс пищевой химии разделов об основных группах пищевых добавок и посторонних веществ в продуктах.

В результате изучения теоретического курса предмета студент должен знать:

основные компоненты пищи (вода, белки, липиды, углеводы, ферменты, витамины и минеральные вещества). Их классификацию, состав и строение;

пищевую, энергетическую и биологическую ценность основных нутриентов;

пищевые добавки, их классификацию и характеристику основных групп;

посторонние вещества в пище, их классификацию и характеристику основных загрязнителей;

основные принципы создания экологически чистых продуктов питания;

биохимические процессы при пищеварении, типы пищеварения.

1 Пища человека – важнейшая социальная и экономическая проблема общества

Питание является важнейшим фактором, который определяет здоровье человека, правильно питание способствует профилактике заболеваний, продлению жизни, созданию условий для повышения способности организма противостоять неблагоприятным воздействиям окружающей среды, нормальному росту и развитию детей.

В нашей стране, не смотря на  сложную экономическую ситуацию, проблемам здорового питания придается государственный статус. На состоявшемся 31 октября 1997 г совместном заседании коллегий Министерства науки и технологии Российской Федерации и президиумов Российской академии медицинских наук и Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН) была разработана концепция государственной политики здорового питания населения России на период до 2005 года.

Под государственной политикой в области здорового питания понимается комплекс мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей различных групп населения в рациональном, здоровом питании с учетом их традиций, привычек и экономического положения, в соответствии с требованиями медицинской науки.

Цель государственной политики в области здорового питания – сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний, которые обусловлены отклонениями от нормального питания у детей и взрослых.

Основной задачей государственной политики в области здорового питания является создание экономической, законодательной и материальной базы, обеспечивающей:

  •  производство в необходимых объемах продовольственного сырья и пищевых продуктов;
  •  доступность пищевых продуктов для всех слоев населения;
  •  высокое качество и безопасность пищевых продуктов;
  •  обучение населения принципам рационального, здорового питания;
  •  постоянный контроль над состоянием питания населения.

Современная наука о питании базируется на знаниях большего числа фундаментальных и прикладных дисциплин. В ее основе лежат труды видных отечественных и зарубежных ученных в области биохимии, физиологии и гигиены питания: А.А.Покровского, В.А.Шатерникова, М.Н.Волгарева, В.А.Тутельяна, И.М.Скурихина, В.Б.Спиричева, Н.Г.Богданова, В.Эйхлера, В.Ван-Желен и многих других.

2 Основные термины, определения и понятия

Пищевая ценность – общее понятие, отражающее всю полноту полезных свойств пищевого продукта, включая степень обеспечения потребности человека в основных пищевых веществах, энергии и органолептические достоинства. Характеризуется химическим составом пищевого продукта с учетом его потребления в общепринятых количествах.

Биологическая ценность – показатель качества пищевого белка, отражающий степень соответствия его аминокислотного состава потребностям организма в аминокислотах для синтеза белка.

Энергетическая ценность – количество энергии в килокалориях, высвобождаемой из пищевого продукта в организме человека, для обеспечения его физиологических функций.

Биологическая эффективность – показатель качества жировых компонентов продукта, отражающий содержание в них полиненасыщенных (незаменимых) жирных кислот.

Физиологическая потребность – объективная величина, определяемая природой и независящая от человеческих знаний, ее нельзя нормировать и рекомендовать.

Рекомендуемая норма потребления устанавливается на основании изучения физиологической потребности. Рекомендуемая норма потребления пищевых веществ должна учитывать индивидуальные физиологические потребности отдельных людей. Согласно определения  ФАО/ВОЗ  “рекомендуемые количества потребления … являются такими количествами, которые достаточны для поддержания нормального здоровья почти у всех людей”.

Пищевая плотность рациона – характеризуется количеством незаменимых пищевых веществ в 1000 ккал. Повысить пищевую плотность рациона можно путем производства низкокалорийных продуктов повышенной пищевой ценности, обогащенных незаменимыми нутриентами.

3 Пища и ее состав. Основные компоненты пищи, их характеристика

Все вещества, которые могут быть обнаружены в пищевых продуктах, в обобщенном виде подразделяются на три основных класса:

  •  макронутриены;
  •  микронутриенты;
  •  непищевые вещества.

Макронутриены (от лат. «нутрицио» - питание) – класс главных пищевых веществ, представляющих собой источники энергии и пластических (структурных) материалов; присутствуют в пище в относительно больших количествах (более 1г.). Представителями этого класса являются белки, углеводы и жиры.

Микронутриенты – класс пищевых веществ, оказывающих выраженные биологические эффекты на различные функции организма; содержатся в пище, как правило, в небольших количествах (мили- и микрограммах). Класс микронутриентов объединяет витамины, предшественники витаминов и витаминоподобные вещества, а также минеральные вещества.

Помимо этих  биологически активных компонентов пищи, к классу микронутриентов (по Покровскому А.А.) относят пищевые вещества, выделенные из отдельных групп макронутриентов. В их число входят полиненасыщенные жирные кислоты, Фосфолипиды, некоторые аминокислоты, отдельные олигосахариды и др.

В третий класс непищевых веществ выделены вещества, обычно содержащиеся в пищевых продуктах, но не используемые организмом в процессе жизнедеятельности. К таким веществам относятся различные пищевые добавки (ароматизаторы, красители, консерванты и т.д.) ядовитые вещества и т.п.

3.1 Вода в сырье и пищевых продуктах

 

Вода является необходимым условием жизни и входит в состав всех пищевых продуктов и материалов.

Известный венгерский биолог Сент-Дьердьи пишет: «Странное вещество – вода … Она обладает свойствами капризно изменять молекулярную структуру… Вода не только мать, но и матрица жизни»

Часто мы рассматриваем воду просто как безвредную инертную жидкость, удобную для практического использования в разных целях. Хотя в химическом отношении вода весьма устойчива, она ``представляет собой вещество с довольно необычными свойствами. Вода и продукты ее ионизации – ионы  Н+ и ОН-   оказывают очень большое влияние на свойства многих важных компонентов клетки, таких как ферменты, белки, нуклеиновые кислоты и липиды.  Например, каталитическая активность ферментов в значительной мере зависит от концентрации ионов Н+ и ОН-   . Гидратацию также можно рассматривать как химическую реакцию между ионом и водой.

Молекулы воды в пространстве ориентированы определенным образом. Каждая молекула воды тетраэдрически  координирована с четырьмя другими молекулами воды, благодаря водородным связям (рис.1)

Способность воды образовывать трехмерные водородные связи, для разрушения которых необходима дополнительная энергия, объясняет необычные свойства воды. Например, высокие значения теплоемкости, точек плавления и кипения, поверхностного натяжения.

 

3.1.1 Значение воды для организма человека

Вода является главным компонентом организма человека. Тело человека на 2/3 построено из воды. Особенно богаты водой ткани молодого организма. С возрастом количество воды постепенно уменьшается: в теле новорожденного ребенка содержится ~ 70%, в теле зрелого человека ~ 60%, к старости количество воды снижается еще больше. Многие ученые считают одной из причин старения организма - понижение способности коллоидных веществ тела, особенно белков, связывать большое количество воды.

В разных тканях тела содержание воды неодинаково. Она входит в состав костей и зубов – 10-20 %, в сердце и легких и головном  мозге – около 80 %, в мышцах – 76 %, в лимфе – около 96 %.

Вода распространена в организме между двумя основными пространствами: внутриклеточным (внутриклеточная жидкость) внеклеточным (внеклеточная жидкость) – плазма, лимфа. Вода свободно диффундирует между этими пространствами, тогда как движение растворенных в ней веществ строго регламентируется.

Вода выполняет в организме следующие функции:

  •  растворяет вещества, поступающие с пищей;
  •  участвует во всех реакциях окисления, гидролиза сложных органических веществ;
  •  вымывает отходы из клеток;
  •  служит смазочным материалом в суставах;
  •  предохраняет организм от перегрева и охлаждения, равномерно распределяя тепло;
  •  входит в состав всех органов и тканей организма.

Важная роль воды в биологических системах обусловлена способностью ее молекул, образовывать множественные водородные связи. Они объясняют особые химические и физические свойства воды (точка кипения и замерзания, высокая диэлектрическая проницаемость, универсальность как растворителя, способность образовывать ионы Н+ и ОН-).

Организм строго регулирует содержание воды в каждом органе и каждой ткани. Постоянство внутренней среды человеческого тела является одним из главных условий нормальной жизнедеятельности.

При недостатке воды в организме происходит некоторое сгущение крови. Это отрицательно сказывается на снабжении организма кислородом и пищевыми веществами, затрудняется работа почек, ухудшается работа мозга. При избытке воды в организме усиливается работа почек, с большой перегрузкой работает сердце, так как увеличивается объем крови.

Потеря организмом 10 % воды вызывает прекращение мочеотделения, а при потере 20 % воды человек погибает.

Суточная потребность человека в воде составляет примерно 40 г на каждый килограмм массы его тела (в среднем 2,5 л), у детей грудного возраста значительно выше 120-150 г.

Содержание воды в организме определяется равновесием между ее поступлением и выходом. Основная часть воды поступает с питьем (~1,3 л) и пищей (~0,85 л), меньшая ее часть (~0,35 л) образуется при обмене веществ (в результате метаболических процессов). При окислении 1г глюкозы образуется 0,6г воды, 1г жира – 1г воды, 1г белка – 0,4г воды. Таким образом, наибольшее количество воды освобождается при окислении жиров.

Некоторые животные, например верблюды, при длительном пребывании в пустыне используют окисление резервного жира в качестве дополнительного источника воды. Способность организма перерабатывать жиры в воду используют врачи при борьбе с тучностью, когда рекомендуют ограничивать количество выпиваемой жидкости, в результате чего интенсивно протекает распад жиров и быстрее уменьшается масса тела.

Соблюдение рационального водного режима является важным условием сохранения здоровья.

3.1.2 Вода как составная часть пищевых продуктов

Вода является важнейшим компонентом пищевых продуктов. В состав молока она входит в количестве 85-89%, творога – 65-80%, сыра – 40-50%, сухих молочных продуктов – 3-6%.

Учитывая, различное содержание влаги в пищевых продуктах, принята следующая систематизация по этому показателю: первая группа – продукты с высокой влажностью (массовая доля влаги > 40%); вторая группа со средней или промежуточной влажностью (массовая доля влаги – 10-40%); третья группа – продукты низкой влажности, составляющей менее 20 %.

В первой группе большая часть воды находится в свободном состоянии, т.е. не связана с компонентами продуктов. В продуктах второй группы уже большая часть воды связана с компонентами их сухих веществ. В продуктах третьей группы почти вся вода находится в прочной связи с компонентами сухого вещества.

Массовая доля влаги в пищевом продукте оказывает влияние на его калорийность и длительность хранения. Чем больше влаги в продукте, тем ниже его калорийность и меньше срок хранения.

Пищевые продукты представляют собой многокомпонентные системы, в которых влага, связана с твердым скелетом. Обычное деление на связанную и свободную влагу носит условный характер. Почти вся вода пищевых продуктов находится в связанном состоянии, но удерживается компонентами с различной силой. Различают три формы связи воды с компонентами пищевых продуктов: химически связанную, физико-химически связанную и физико-механически связанную влагу.

Химически связанная вода (в виде гидроксильных ионов или заключенная в кристаллогидраты) – наиболее прочно связанная вода. Она может быть удалена из продукта только прокаливанием или путем химического взаимодействия. В молочных продуктах такая вода входит в состав лактозы С12Н22О11´Н2О.

Физико-химически связанная вода. различают адсорбционную и осмотически связанную воду:

Адсорбционная вода входит в состав гидрофильных коллоидов, прочно удерживается на поверхности раздела коллоидных частиц (рис.3.1.). Перед удалением из продукта она должна быть превращена в пар. Она не растворяет органические вещества, минеральные соли, замерзает при температуре t= -71ОС.

Осмотическая влага находится в микропространствах, образованных мембранами клеток. Во время сушки удаляется раньше, чем абсорбционная влага.

Физико-механически связанную воду делят на капиллярную и микрокапиллярную воду. Эта влага представляет собой растворы, содержащие органические и минеральные вещества продукта. Энергия связи с сухими веществами уже наименьшая. Она быстрее всех удаляется при высушивании и выпаривании.

3.1.3 Активность воды и стабильность пищевых продуктов

Под показателем активности воды понимают отношение давления водяного пара на поверхности продукта, к давлению пара над водой:

Показатель aw характеризует доступность воды для микроорганизмов. Поэтому чем выше aw в продукте, тем наиболее вероятна жизнедеятельность тех или иных видов микрофлоры.

По активности воды все продукты делят на:

  •  продукты с высокой влажностью - aw>0.9;
  •  продукты с промежуточной влажностью – 0,6<aw<0,9;
  •  продукты с низкой влажностью - aw<0,6.

В продуктах с низкой влажностью микробиологические процессы не протекают, они сохраняют свои качества длительное время. Однако при хранении в таких продуктах могут наблюдаться потеря витаминов, окисление жиров, не ферментативное потемнение. В продуктах с высокой влажностью хорошо развиваются все виды микроорганизмов, и они очень быстро подвергаются порче. В продуктах с промежуточной влажностью преобладают микробиологические и ферментативные процессы. В них наиболее вероятно развитие дрожжей, плесеней и некоторых видов бактерий. Чтобы  снизить развитие микрофлоры в продукте следует снижать активность воды. Одним из путей снижения активности воды в продукте является введение в него гидрофильных добавок (сахара, соли).

Контрольные вопросы

  1.  Какова роль воды для человеческого организма?
  2.  Каким образом регулируется содержание воды в организме человека?
  3.  Какие Вы знаете формы связи влаги с сухим веществом продукта?
  4.  Что характеризует показатель активности воды и от чего он зависит?
  5.  Назовите свойства свободной и связанной воды.

3.2           БЕЛКИ В СОСТАВЕ ПИЩИ

3.2.1 СОСТАВ И СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ

      Белками называют высокомолекулярные природные полимеры. Количество аминокислот в составе белков может достигать нескольких тысяч.

Аминокислоты - это органические соединения по меньшей мере с двумя функциональными группами:  NH2-аминогруппа, СООН - карбоксильная группа. Боковая группа  (R)  аминокислот может иметь различное строение. У одних аминокислот группа R неполярная углеводородная цепь (глицин, аланин) или ароматическое кольцо (фенилаланин), у других в её состав входят полярные группы -  NH2 (лизин), COOH (глютаминовая кислота),  SH (цистеин) и др.

 В природе  встречается  около 150 различных аминокислот, среди них выделяют 20 протеиногенных, которые входят в состав белков.

         В построении белков участвуют  -аминокислоты, в молекуле которых аминогруппа расположена у соседнего с карбоксильной группой атома углерода. В молекуле белка -аминокислоты связаны между собой  пептидными связями. Пептидная связь в белках образуется в результате конденсации карбоксильной группы одной аминокислоты с аминогруппой другой аминокислоты.

Первичная структура белка-это последовательность соединений аминокислотных остатков в полипептидной цепи (белковой цепочке) она специфична для каждого белка.Учитывая число возможных аминокислотных комбинаций, разнообразие белков практически безгранично, но не все они встречаются в природе.

Вторичная структура. Пространственное взаимное расположение аминокислотных  остатков в полипептидной цепи. Различают   - структуру или в виде спиралей винта и   -структуру в виде складок.Поддерживается за счет водородных и дисульфидных мостиков.H…О,   S-S

Третичная структура. Полипептидные цепочки с определенной вторичной структурой могут по - разному располагаться в пространстве. Это остранственное расположение получило название  третичной структуры. По характеру третичной структуры белковой  молекулы различают глобулярные или шаровидные и фибрилярные или нитевидные белки.

     В образовании этой структуры участвуют водородные связи и гидрофобные или ван-дервальсовы силы.

    В ряде случаев отдельные субъединицы белка  образуют непрочно связанные друг с другом  ассоциаты. Так образуется четвертичная структура белка

По степени сложности белки делят на простые (протеины) и сложные (протеиды).

   Простые  белки состоят только из остатков аминокислот и содержат только 4 элемента  C,О,N,Н.

   Сложные  белки состоят из белковой и небелковой групп, содержат  металлы, жиры, углеводы, фосфаты и др.

   Протеины по растворимости в отдельных растворителях классифицируются на :                                                                                                                                                                                      

 

а) альбумины- белки растворимые в воде   -  

белок яйца,крови,молочной сыворотки;

                                                                                                                                                          б) глобулины растворимые в водных   растворах  соли ~10%                                                    сывороточные   белки молока, крови,  фазеолин фасоли

                                                                                

в) проламины растворимые в растворах   спиртов 60-80%                                                                    белки ржи, пшеницы, кукурузы      

                                                                                  

г) глютелины растворимые  в растворах  щелочей   

казеин молока, белки  пшеницы, риса

  Протеиды

  Нуклеопротеиды  содержат нуклеиновые кислоты, присутствуют в    клеточных ядрах.

  Фосфопротеиды  содержат остатки фосфорной кислоты, присутствуют в казеине.

  Липопротеиды  содержат липиды, встречаются в оболочках жировых шариков, мембранах клеток в протоплазме.

   Гликопротеиды  содержат углеводы, встречается в казеине молока, в семенах фасоли.

    Металлопротеиды-  содержат металлы (Fe, Cu,Co и др.) присутствуют в гемоглобине крови,  встречается в ферментах (пероксидаза).

  1.  ЗНАЧЕНИЕ БЕЛКОВ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

Белки играют ключевую роль в клетке, присутствуют в виде

главных компонентов в любых формах живой материи. Без белков невозможно представить себе жизнь. Именно в этом смысле   сохраняет свое значение опреде- ление Ф.Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел». Белки выполняют многочисленные биологические функции. В соответствии с выполняемыми  функциями белки классифицируют следующим образом.

  1.  Белки – ферменты выполняют каталитическую функцию.
  2.  Структурные белки выполняют опорную функцию, скрепляя биологические  структуры и придавая им прочность.
  3.  Транспортные белки, т.е. участвующие в переносе различных веществ, ионов и др. К ним относят гемоглобин, сывороточный альбумин, липопротеин (транспорт липидов)
  4.  Пищевые или запасные белки. В эту группу входят яичныйбелок, казеин молока, ферритин («депо»  железа в селезенке), глиадин пшеницы, зеин ржи.
  5.  Сократительные и двигательные белки наделяют клетку или орган

способностью сокращаться, изменять форму или передвигаться (миозин, липиды)

6) Защитные  помогают организму преодолевать патологические состояния или бороться с возбудителями заболеваний. Это иммуноглобулины, лизоцим, антитела, лейкоциты.

  1.  Регуляторные белки участвуют в системе регуляции клеточной или физиологической активности (гормон инсулин).

    Значение белков определяется не только многообразием их функций, но и их незаменимостью другими пищевыми веществами. В организме человека под влиянием ферментов протеиназ и пептидаз белки пищи расщепляются до свободных аминокислот.

          протеиназа                   пептидаза           

белок                       пептиды                       аминокислоты

     Аминокислоты всасываются в кровь, разносятся по всем органам и расходуются на обновление белков организма.

     Нарушение деятельности пищеварительного тракта приводит к попаданию в кровь пептидов. Для  человека  они чужеродны,  в результате  может возникнуть пищевая аллергия.

     Пищевая ценность белка обуславливается

  1.  аминокислотным составом;
  2.  усвояемостью

Некоторые аминокислоты легко образуются в организме из других  кислот, но есть  так  называемые  незаменимые амино-кислоты,  которые должны поступать с пищей (человеческий организм не способен их синтезировать).

     Аминокислотный состав белков прежде всего характеризуется содержанием незаменимых аминокислот. Биологическая ценность белка характеризуется показателем аминокислотный скор , который показывает отношение содержания какой-либо незаменимой аминокислоты к ее содержанию в «идеальном» белке.

       Наиболее близки к идеальному белку животные белки. Большинство растительных белков имеет недостаточное содержание одной или даже двух-трех незаменимых аминокислот.

        Учитывая,что растительные белки менее полноценны, необходимо потреблять больше продуктов животного происхождения. В рационе человека животные белки должны составлять 55% от общего белка.

       Животные белки лучше усваиваются организмом человека, чем растительные. Например: белки яиц и молока на 96%, белки хлеба на  85%, картофеля и бобовых на 70%. Это объясняется содержанием в растительных продуктах клетчатки, которая снижает усвояемость компонентов пищи.

      Недостаток белка серьезно сказывается на состоянии организма. У детей замедляется рост, задерживается умственное развитие, нарушается образование костей, увеличивается предрасположенность к анемии, рахиту.

       У взрослых людей при нехватке белка нарушается обмен веществ, снижается сопротивляемость инфекциям.

       Однако избыток белка в питании так же отрицательно влияет на организм : нарушается деятельность печени и почек, возможно ожирение и возникает перевозбуждение нервной системы.

       Каждая аминокислота в организме выполняет определенную функцию. Например:

  •  глицин и глютаминовая кислоты являются регуляторами нервной системы и мозга, они выступают в роли посредников при передаче нервных импульсов
  •  цистеин-радиопротектор, снижает повреждающее действие радиации
  •  метионин- обладает липотропнным и антисклеротическим действием и необходим для нормального функционирования печени, почек, сердечно-сосудистой системы.    

                                          

     3.2.3Основные технологические свойства белков

  

        Наиболее важными технологическими свойствами белков являются гидратация, денатурация и пенообразование.

   Гидратация.

   Белки обладают способностью связывать воду, т.е. проявляют гидрофильные свойства.   Гидрофильность   белков   обусловлена   наличием  на   поверхности

мицелл, заряженных частиц: NH2+ , COO¯,PO¯4, OH¯ . В изоэлектрической точке (и.э.т.) заряд на поверхности мицеллы белка равен нулю, и поэтому белок теряет способность удерживать воду. При получении сыра и творога молоко подкисляют до и. э. т.  казеина 4,6-4,7, образуется сгусток, который легко отдаёт воду с растворёнными веществами (сыворотку).

    Гидрофильность  белков зависит  от  структуры  белка (сывороточные  белки более гидрофильны чем казеины), от рН среды, от присутствия солей.

    Связывая воду, белки набухают, увеличивается их масса и объем.   Набухание - это самопроизвольный процесс поглощения низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом. Этот процесс сопровождается увеличением массы и объёма полимера. Причиной набухания является диффузия молекул растворителя в высокомолекулярное вещество. Между молекулами полимера обычно имеются небольшие пространства, размер которых соизмерим с размерами молекул растворителя. Благодаря этому молекулы низкомолекулярной жидкости достаточно быстро проникают между макро молекулами, раздвигая сетку белка

                                                                Н2О    

           

                                                                Н2О    

                                                                -Н2О                                   +Н2О      

                                                                                                                 

                                                                                                           

                  Рис.3.2.    Схема набухания белка и синерезиса

         При ограниченном набухании концентрированные белковые растворы образуют сложные системы, называемые  студнями. Студни не обладают текучестью, они упруги, обладают пластичностью, способны сохранять форму.

         Гидрофильные свойства белков имеют большое значение в пищевой промышленности. От гидрофильных свойств белков зависят структурно-механические свойства молочных сгустков, их способность отдавать влагу, а так же консистенция готовых продуктов. В плавленых сырах белок имеет более высокие гидрофильные свойства, чем в натуральных сырах, за счёт введения солей-плавителей, поэтому консистенция у них более мягкая, пластичная, даже мажущаяся.

        Денатурация – сложный процесс, при котором происходит изменение нативной пространственной структуры белка, т.е. изменение четвертичной, третичной и вторичной структуры макромолекулы белка. Первичная структура и химический состав белка при этом не меняются.

Мицелла белка                                   отдельные субмицеллы

 Нативная форма                            хаотический клубок

                   Рис  3.2.   Схема денатурации белка

       Денатурация происходит под воздействием внешних факторов: температура, механическое воздействие, химические реагенты.

       При денатурации изменяются физические и химические свойства белка (его влагоудерживающая способность, растворимость), меняется форма белковой молекулы, происходит их агрегирование, изменяется биологическая ценность и прежде всего усвояемость белка.

        Большое практическое значение в пищевой промышленности имеет тепло-

вая денатурация. Белки зерна и других растений после тепловой обработки становятся более доступными для пищеварительных ферментов. В некоторых случаях,  наоборот белки вступают в реакцию с другими компонентами пищи и образуют комплексы, которые трудно перевариваются.

         Умеренная тепловая обработка не вызывает изменения аминокислот  и несколько улучшает переваривание за счёт денатурации и инактивации ингибиторов ферментов. Это относится к сывороточным белкам и растительным белкам (белки злаковых, гороха, фасоли). Казеин сырого молока характеризуется рыхлой структурой и поэтому обладает высокой степенью перивариваемости без предварительной денатурации. Длительная высокотемпературная обработка может привести к снижению его биологической ценности.

   

          Пенообразование - способность белков образовывать высококонцентрированные системы жидкость-газ. Такие системы называются пенами.

          Образование пенообразующей структуры белками возможно в связи с их способностью понижать поверхностное натяжение на грани раздела жидкость-газ.

          Хорошие пенообразующие свойства имеют белки яиц, казеинаты и некоторые растительные белки.   

           Пены образуются при интенсивном механическом воздействии: встряхивании, сбивании, перекачивании, перемешивании и кипении. При выработке масла методом  сбивания перед появлением масляных зёрен образуется крупноячеистая пена.

           В некоторых случаях образование пены является нежелательным процессом. Например: при перекачивании или наполнении ёмкостей пена легко переливается через край и с ней теряются  сухие вещества. При выпаривании обезжиренного молока и сыворотки в вакуум-выпарной установке происходит сильное пенообразование, это затрудняет ведение процесса. В данном случае используют пеногасители .

          

           Гидролиз белков. Важное значение в пищевой технологии имеет расщепление белков под действием ферментов на пептиды и аминокислоты

 

               O    H     H                   протеаза                     О

                                                                                

RCHCN - CR2  + H2O                            R1CHC   +  R2CH  -  COOH

     NH2                   COOH                                       NH2   OH        NH2          

                     Протеиназа              пентидаза  

             Белок               пептид              аминокислота               кето

кислоты, альдегиды, кетоны, NH3, CO2, и т.д.

           При созревании сыров происходит протеолиз белков. В результате образуются вещества которые создают определённый вкусовой букет сыра.

          

      Реакция меланоидинообразования. При длительной тепловой обработке пищевых продуктов ( при топлении молока, выпечке хлеба) они приобретают коричневый или бурый цвет за счёт образования меланоидинов – продуктов реакции Майара.                                                                                                

белок ( аминогруппа )  + углеводы ( альдегидная группа)     t ° С

меланоидины

         Ферменты  ( от лат.  fermentum – закваска ) –  биологические катализаторы белковой природы ускоряющие химические реакции. Белки в составе ферментов могут быть простыми или сложными. Небелковая часть в составе фермента называется коферментом.

Коферментами могут быть металлы, витамины и др. соединения.

         Ферменты называют по тому веществу, на которое они действуют, (субстрат) и прибавляют окончание “ аза”. Протеаза, пептидаза, липаза, лактоза и т.д. Кроме этих рабочих названий имеются более сложные систематические названия, отражающие механизм действия ферментов.

          Действие фермента строго специфично, т.е. каждый фермент катализирует только одну химическую реакцию. На первой стадии ферментативной реакции фермент соединяется с субстратом. При этом образуется фермент-субстратный комплекс, который затем преобразуется с разрывом химических связей субстрата. Продукты реакции затем отщепляются от фермента.

            А1А2    +   Ф           А1А2Ф              А1   +    Ф    +    А2

          Ферменты действуют при определённой температуре и рН cреды;  их активность зависит от наличия химических веществ-активаторов и ингибиторов. Оптимальная температура действия ферментов  30 – 50°С. При дальнейшем повышении температуры активность ферментов снижается, потому что денатурирует белок, образующий фермент.

             Важным фактором , влияющим на активность ферментов  является рН среды. Ферменты различаются по оптимальным для их действия рН. Так, оптимум действия пепсина находится при рН 1,5 – 2 , амилазы слюны – 7,2 - 7,3.

             Известно около 3 тысяч различных ферментов. По современной классификации их делят на 6 классов :

1)Оксиредуктазы катализируют окисление и восстановление веществ.

2)Гидролазы катализируют гидролитическое ращепление сложных соединений: протеазы,  липазы,  лактазы.

3) Изомеразы – ферменты изомеризации катализируют структурные изменения в пределах одной молекулы.

4) Трансферазы катализируют перенос различных групп от одной молекулы к другой.

5) Лиазы – ферменты отщепления групп.

6) Синтетазы катализируют образование связей С – N, C – O, C– S

  

             Наибольшее значение в технологии имеют ферменты гидролазы и оксиредуктазы.

                          Контрольные вопросы

  1.  Как можно классифицировать белки?
  2.  Химическое строение белков.
  3.  Как образуется первичная, вторичная, третичная и четверичная структура белков?
  4.  Какова роль белка для организма человека?
  5.  Назовите функции отдельных аминокислот в организме человека.
  6.  Расскажите об основных технологических свойствах белков (гидратация, денатурация, пенообразование).
  7.  Какое значение имеют процессы гидролиза белков и меланоидинообразования в пищевой технологии?
  8.  Что такое ферменты, приведите их классификацию?

2.3 Липиды

2.3.1 Классификация и строение липидов

Липиды  (от греческого lipos – жир) – это общее название жиров и жироподобных веществ, обладающих одинаковыми физико-химическими свойствами. Липиды не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях (эфирах, хлороформе, бензине).

По химическому составу липиды делятся на простые и сложные. К простым относятся нейтральные жиры или ацилглицерины и воска; к сложнымфосфолипиды, гликолипиды, стерины и жирорастворимые пигменты и витамины.

   Ацилглицерины (глицериды)- это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. В природных жирах могут так же присутствовать продукты гидролиза или неполного синтеза триглицерида (ТГД). Все они построены по следующему типу:

                     О                               О                                   О

СН2 – О – С – R1        СН2 – О – С – R1    СН2 – О – С – R1

                       О                                О

СН  - О – С – R2       СН – О – С – R2    СН – О – Н

                   О

СН2 - О - С– R3,       СН2 – О – Н                СН2 – О – Н

ТРИГЛИЦЕРИД      ДИГЛИЦЕРИД   МОНОГЛИЦЕРИД

В нейтральных жирах обнаружено несколько десятков различных жирных кислот, которые делят на насыщенные и ненасыщенные. Чаще других встречаются из жирных насыщенных кислот:

Лауриновая (С12):       СН3-(СН2)10 - СООН

Миристиновая (С14):     СН3-(СН2)12 - СООН

Пальмитиновая (С16):    СН3-(СН2)14-СООН

Стеариновая (С18):      СН3-(СН2)16 - СООН

Из ненасыщенных жирных кислот:

Олеиновая С(18:1):       СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН

Линолевая С(18:2):        СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООН

Линоленовая С(18:3):    СН3-(СН2-СН=СН)3-(СН2)7 - СООН

Две последние жирные кислоты являются незаменимыми, так как не синтезируются организмом человека.

Восками называют сложные эфиры высокомолекулярных одноосновных карбоновых кислот (С18 – С30) и одноосновных высокомолекулярных спиртов:

                                                    О

                        R – СН2 – О – С  

                                                              R1

Они образуют защитное покрытие листьев, плодов растений, предохраняя их от смачивания водой, высыхания и действия микроорганизмов. А так же образуют защитную смазку перьев и кожи. Наиболее известны пчелиный воск и спермацет кашалотов.

Фосфолипиды. Они отличаются от триглицеридов тем, что в их состав кроме глицерина и жирных кислот входят фосфорная кислота и азотистое основание:

СН2 – О – СОR1

СН – О – СОR2

                  ОН

СН2 – О – Р – О – А

      О

где А - азотистое основание, чаще всего представлено холином

           (в лецитине) или этаноламином (в кефалине).

Фосфолипиды являются основными структурными компонентами биомембран. Особенность молекул фосфолипидов состоит в том, что они построены из двух частей: гидрофильной (несущей электрические заряды головки) и гидрофобной (длинных углеводородных цепей - хвостов). Рис 10.


      

Рис. 10 Схематическое изображение молекулы фосфолипида

       

Рис. 11 Схема эмульгирования жира фосфолипидами.

1 – неполярные хвосты;

2 – полярная головка.

Наличие у молекул фосфолипидов двух частей обусловливает их способность эмульгировать жиры (рис 11). Фосфолипиды широко применяются в пищевой промышленности в качестве поверхностно активных веществ.

Стерины представляют собой высокомолекулярные циклически спирты. Стерины построены следующим образом:

                   Н3С R

Один из важнейших представителей стеринов - холестерин. В организме холестерин находится как свободном состоянии, так и в виде сложных эфиров с жирными кислотами (стеридов).

Среди жирорастворимых природных пигментов наиболее распространены каротиноиды и хлорофиллы.


Каротиноиды - растительные красно-желтые пигменты, обеспечивающие окраску ряда жиров, овощей, фруктов, яичного желтка.

Хлорофиллы - придают зеленную окраску растениям.

2.3.2 Значение жиров в питании человека

Растительные и животные жиры являются обязательными компонентами пищи. В организме человека они выполняют следующие функции:

- предохраняют организм от переохлаждения, от ударов и сотрясений (структурно-защитная функция);

- придают коже эластичность (структурно-эластическая функции);

- участвуют в процессе обмена веществ (запасная функция);

  •  являются энергетическим запасом организма (запасная функция).

Липиды создают энергетический резерв организма и являются компонентами высокоорганизованных структур (биомембран).

Длительное ограничение жиров в питании приводит к отклонениям физиологического состояния организма: нарушается деятельность центральной нервной системы, снижается иммунитет, сокращается продолжительность жизни. Но и избыточное потребление жиров нежелательно, оно приводит к ожирению, сердечно-сосудистым заболеваниям.

Насыщенные жирные кислоты, входящие в состав липидов (пальмитиновая, стеариновая, лауриновая, миристиновая) используются организмом, как энергетический материал.

В питании человека имеют большое значение полиненасыщенные жирные кислоты (линолевая С(18:2), линоленовая С(18:3), арахидоновая С(20:4). Они не синтезируются в организме человека и являются незаменимыми или эссенциальными. Потребность в полиненасыщенных жирных кислотах равна   16-24 г в день.

Среди продуктов питания наиболее богаты полиненасыщенными жирными кислотами растительные масла.

По биохимической классификации линолевая кислота и продукты ее превращения объединяются в семейство омега - 6 (по положению первой двойной связи в молекуле жирной кислоты). Линоленовая кислота и продукты ее превращения образуют семейство омега - 3. Потребность в линоленовой кислоте оценивается как 10 - 30% потребности в линолевой. Только один вид масел -соевое - имеет соотношение этих двух кислот, близкое к рекомендуемому. Липиды морских рыб и беспозвоночных содержат в основном две кислоты семейства омега - 3. Такой тип липидов получил название «морского». Рекомендуется существенно увеличивать потребление жирной рыбы.

Фосфолипиды так же являются важной группой липидов в питании человека. Они входят в состав клеточных мембран, имеют большое значение для профилактики атеросклероза, препятствуют ожирению и способствуют лучшему усвоению жиров. Суточная потребность в фосфолипидах 5-10 г.

Стерины выполняют важную функцию в организме человека - участвуют в образовании гормонов, желчных кислот, витамина Д. Однако при нарушении обмена холестерина он откладывается на стенках кровеносных сосудов, и возникает заболевание атеросклероз.

Отдельные каротиноиды помимо красящих свойств обладают провитаминными свойствами, так как распадаясь в живом организме, они превращаются в витамин А.

Важной группой липидов в питании являются фосфолипиды. Они участвуют в построении клеточных мембран и транспорте жира в организме, способствуют лучшему усвоению жиров  и препятствуют ожирению печени. Общая потребность в фосфолипидах до 5-10 г в сутки.

Физиологическая роль холестерина не однозначна. Как известно, при повышении его уровня в крови опасность возникновения и развития атеросклероза возрастает. Это связано с образованием атеросклеротических бляшек, закупоривающих сосуды головного мозга и сердца. Диетологами всего мира был наложен запрет на те продукты питания, которые содержат много холестерина: жирное мясо, печень, яйца, натуральные сыры и другие продукты.

По логике, действительно, чем меньше человек получает с пищей холестерина, тем меньше у него подвергаются атеросклеротическим изменениям главные сосуды. Но холестерин необходим организму,  как воздух. Он входит в состав нервных тканей, надпочечников, печени, почек, кожи, мышц, является строительным материалом для выработки в организме половых гормонов и гормонов надпочечников, находится во внеклеточных жидкостях - желчи, крови, слюне.

Кроме холестерина важную роль в организме  играет лецитин. Именно «содружество» холестерина и лецитина совершенно необходимо  для организма человека.

В пищевом рационе должны сочетаться жиры как растительного, так и животного происхождения. При норме потребления 100-150 г жиров в день, 70-75 г должны быть животными и 30 г растительными.

Наилучшим соотношением жирных кислот в рационе считается следующее: 10 % - полиненасыщенные, 30 % - насыщенные и 60- %- мононенасыщенные.

2.3.3 Основные технологические свойства жиров

При получении пищевых продуктов липиды исходного сырья претерпевают различные превращения. Значительные изменения происходят в составе липидов при хранении продуктов. Все это отражается на пищевой ценности и биологической эффективное готовых пищевых продуктов.

Гидролиз  триглицеридов

Под влиянием фермента липазы, а также при действии кислот или щелочей триглицериды гидролизуются с образованием ди-, затем моноглицеридов и в конечном итоге - жирных кислот и глицерина. Полный гидролиз триацилглицеринов можно выразить следующей схемой:

                     О

СН2 – О – С – R1                                       СН2—ОН

                    О                          липаза

СН – О – С – R2        + 3Н2О                    СН—ОН    +

                    О

СН2 – О – С – R3                                       СН2—ОН

триглицерид                                             глицерин

+R1СООН + R2СООН + R3СООН

       смесь жирных кислот

Гидролиз под действием фермента липазы (липолиз) идет во всех видах сырья и готовой продукции, где содержатся липиды. Это один из основных процессов, который ведет к порче продуктов. На процессы липолиза влияют влага, температура и активность ферментов.

Количество свободных жирных кислот, образовавшихся в результате липолиза, может быть охарактеризовано с помощью кислотного числа.

Кислотное число является одним из основных качественных показателей, характеризующих степень свежести жира, и для некоторых продуктов регламентируется стандартами.

Гидролиз под действием щелочей получил название омыления, так как в результате образуются соли жирных кислот - мыла. Число омыления характеризует молекулярный состав жирных кислот, входящих в состав жиров.

Процесс гидролиза сопровождается процессом окисления жиров.

Окисление липидов 

Различают два вида окисления липидов:

- автоокисление (самоокисление) - под действием кислорода воздуха;

  •  биологические окисление - под действием ферментов липаз.

Автоокислению в первую очередь подвергаются жиры и масла, содержащие остатки ненасыщенных жирных кислот.

Самоокисление непредельной жирной кислоты начинается с отщепления атома водорода от соседней с двойной связью метиленовой группы.

Механизм окисления:

                 О2                                       •      О2

-СН2 — СН=СН— СН2 -                 -СН2— СН =СН — СН

фрагмент жирной кислоты    НОО-        радикал

              -СН2— СН2-

      - СН2 — СН = СН — СН

       •

О—О

перекисный радикал

              •

                    -СН2— СН = СН —СН- + -СН2— СН-

        ООН

гидроперекись            радикал

В первый период окисления образуются перекиси и гидроперекиси. Они являются неустойчивыми соединениями и в результате дальнейшего расщепления и окисления образуют низкомолекулярные соединения: спирты, альдегиды, кетоны, эпоксиды. Эти вещества имеют неприятный, прогорклый вкус и запах.

На процесс окисления влияют следующие факторы:

1 .Состав жира. Быстрее окисляются жиры, имеющие в составе ненасыщенные и свободные жирные кислоты.

2. Температура хранения. С повышением температуры процессы окисления протекают интенсивнее.

3. Влага. Чем выше влажность продукта, тем быстрее он портится.

4. Сильно ускоряют окисление жира металлы переменной валентности (Си. Ре. Со, N1, Мй).

5. Доступ света и воздуха.

В пищевом сырье, готовых продуктах и полуфабрикатах процессы окисления. гидролиза и биохимического прогоркания могут протекать одновременно в виде параллельных и связанных между собой превращений. Глубина и интенсивность этих процессов зависит от многих факторов. Все это говорит о многообразии, сложности и противоречивости данных процессов. Так, более длительное время, чем другие жиры, могут храниться растительные масла, несмотря на то, что они содержат значительное количество ненасыщенных жирных кислот- Их стойкость в хранении объясняется низкой влажностью, отсутствием минеральных веществ и белков. Животные жиры (говяжий, свиной, бараний) по своему жирнокислотному составу (незначительное содержание непредельных жирных кислот) должны были бы обладать высокой устойчивостью при хранении. Но они практически не содержат природных антиоксидантов и поэтому нестойки при хранении. Наименее устойчивыми являются сливочное масло и маргарины. Высокая влажность, наличие белковых и минеральных веществ способствуют развитию микрофлоры, а значит в них интенсивно развиваются процессы биохимического прогоркания.

При получении некоторых продуктов процессы окисления и гидролиза играют положительную роль. Например, при созревании сычужных жиров, образующиеся в результате липолитического расщепления низкомолекулярные вещества: масляная, уксусная, пропионовая кислоты, а так же альдегиды, спирты и кетоны, участвуют в образовании вкусового букета. Присутствуя в небольших количествах в мягких сырах (Рокфор, Камамбер и др.), они сообщают им своеобразный перечный, грибной вкус.

Реакции присоединения галогенов

Наличие в составе жиров непредельных жирных кислот обусловливает их способность присоединять галогены:

СН3 - (СН2)7 - СH ═ СH - (СН2)7 - СОOH + J2                олеиновая кислота

СH3 - (СН2)7 СHJ - СHJ - (СH2)7 – СООН
9,10 дийодстеариновая кислота

Поскольку в начале для оценки этого свойства жиров использовали инертный йод, то показатель, характеризующий непредельность жирных кислот, был назван иодным числом. По величине йодного числа судят о способности жиров и масел к различным химическим превращениям, так как непредельные жирные кислоты могут присоединять кислород, обусловливая процессы прогоркания жиров.

Гидрогенизация масел и жиров

Этот процесс заключается в присоединении водорода по месту двойных связей к ненасыщенным жирным кислотам в молекулах ацилглицеринов. С его помощью целенаправленно изменяется жирно-кислотный состав масел, повышается их температура плавления, твердость, пластичность.

Н2С-О-СО-С17 Н33                     Н2С-О-СО- С17 Н35

 |                                   Н2, t°       |

НС-О-СО- С17 Н31                     НС-О-СО- С17 Н35

 |                           катализа тор    |

Н2С-О-СО- С17 Н29                   Н2С-О-СО- С17 Н35

В промышленности этот процесс проводят при высокой температуре (180-240 оС) и в присутствии катализаторов. Таким путем получают основу для маргаринов (саломас) из растительных масел.

Вместе с реакциями гидрогенизации происходят процессы изомеризации. Прячем, могут получиться липиды, несуществующие в природе. Встраиваясь в состав биологических мембран, они могут нанести вред здоровью человека.

Переэтерефикация жиров

Ацилглицерины в присутствии катализаторов (Н2SO4, КОН, NаОН) и ферментов способны к обмену (миграции) остатков жирных кислот. Такой процесс получил название переэтерификация. Это процесс приводит к изменению свойств жиров и масел, применяется в пищевой промышленности для получения продуктов с заданными свойствами.

Физические свойства жиров

Липиды обладают способностью к плавлению и кристаллизации. На это свойство жиров особое влияние оказывают 3 фактора: вид кислотных компонентов триглицеридов, распределение кислот в триглицеридах, полиморфные формы кристаллов жира.

Растительные масла имеют низкие температуры застывания (ниже нуля): подсолнечное масло — -16 ÷ -19 °С; кукурузное — -10  ÷-20 °С. Это обусловлено присутствием большого количества непредельных жирных кислот в составе молекул липидов. Животные жиры плавятся при более высоких температурах (бараний жир имеет температуру плавления 44÷45 °С), их кислотными компонентами являются в основном насыщенные высокомолекулярные жирные кислоты. Молочный жир плавится в интервале 28 - 38 °С.

Полиморфизмом называют способность твердого тела существовать в нескольких кристаллических структурах. Явление полиморфизма необходимо учитывать в технологии получения некоторых твердых жировых масс. Соотношение полиморфных форм в жировой фазе играет ведущую роль в формировании структуры и консистенции сливочного масла.

При подготовке сливок к сбиванию необходимо, чтобы во время отвердевания молочного жира образовались стабильные модификации кристаллов. Это обеспечивает выработку масла требуемой структуры и консистенции.

Липиды не растворяются в воде и поэтому обладают способностью образовывать эмульсии.

Контрольные вопросы:

1. Назовите общие признаки липидов. Как их классифицируют?

2. Дайте характеристику ацилглицеринам.

3. Что такое фосфолипиды, как они построены ?

4. Каково химическое строение стеринов и восков?

5. Почему жиры являются незаменимыми факторами питания?

6. Напишите уравнение реакции гидролиза триглицеридов.

7.Влияние процессов окисления на степень порчи жиров, механизм окисления.

8. Гидрогенизация и переэтерификация жиров.

9. Какие физические свойства жиров вы знаете?

10. Какие химические числа (константы) используются для характеристики жиров?

3.4 Углеводы в составе пищи, их превращение

при переработке.

  1.  Классификация, состав и строение углеводов.

Название «углеводам» было дано более 90 лет назад, когда  эти соединения рассматривали как содержащие углерод и воду. Общая структурная формула их   CmH2nOn = Cm(H2O)n. В последствии оказалось, что ряд соединений содержат кислород и водород в другой пропорции, например, дезоксирибоза  С5 Н10О4.

По строению и свойствам углеводы делятся на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

                                                          Углеводы

Моносахариды                          Олигосахариды               Полисахариды

                                                                                            

Гексозы      Пентозы                         Сахароза                          Крахмал  

Глюкоза     Арабиноза                       Мальтоза                         Клетчатка

Галактоза   Рибоза                             Лактоза                              Гликоген

Фруктоза    Ксилоза                                                                 Пектин                                                                                           

 

Моносахариды  обычно содержат от 3 до 9 атомов углерода, причем наиболее распространены пентозы и гексозы. По функциональной группе они делятся на альдозы и кетозы. Глюкоза  и галактоза содержат альдегидную группу, фруктоза – кетонную.

     В молекулах моносахаридов имеются углеродные атомы, связанные с четырьмя различными заместителями. Они получили название асимметричных атомов. Их наличие приводит к появлению оптических изомеров, обладающих способностью вращать плоскополяризованный луч света.

      В растениях чаще содержитсяД- форма моносахаридов.       

      В водных растворах, в т.ч. и в клетке, монозы, из ациклических форм переходят в циклические формы и обратно. Этот процесс получил название таутомерии.

Моносахариды хорошо растворимы в воде за счёт наличия в их  молекулах гидрофильных ОН- групп. Присутствие альдегидной группы обусловливает высокую восстановительную способность моноз.

 Среди моносахаридов  широко известны глюкоза, фруктоза, галактоза, арабиноза, ксилоза и  Д-рибоза.

 Глюкоза (виноградный сахар) В свободном виде содержится в ягодах  и фруктах. Из молекул глюкозы  построены крахмал, гликоген, мальтоза. Глюкоза является составной частью сахарозы и лактозы.

Фруктоза (плодовый сахар) содержится в чистом виде в пчелином меде, винограде, яблоках; является составной частью сахарозы.

Галактоза – составная часть молочного сахара (лактозы), которая содержится  в молоке млекопитающих, растительных тканях и семенах.

Арабиноза содержится в хвойных растениях, в свекловичном жоме, входит в пектиновые вещества, гемицеллюлозы.

Ксилоза (древесный сахар) содержится в хлопковой шелухе, кукурузных кочерыжках; входит в состав пентозанов.

Д- рибоза служит универсальным  компонентом биологически активных молекул, ответственных за передачу наследственной информации, - рибонуклеиновой( РНК ) и дезоксирибонулеиновой  (ДНК) кислот. Входит она в состав АТФ  и АДФ, с помощью которых запасается  и переносится химическая энергия в живых организмах.

       Олигосахариды при гидролизе распадаются на две или несколько молекул моноз. Наиболее широко распространены в природе дисахара: сахароза, лактоза, мальтоза.

       Сахароза ( тростниковый, свекловичный сахар) С12Н22О11 . Молекулы сахарозы состоят из остатков Д – глюкозы и Д- фруктозы. Содержится в листьях, стеблях, семенах, плодах, в клубнях растений в наибольшем виде в сахарном тростнике и свекле. Хорошо растворима в воде, растворы сахарозы преломляют световые лучи, сбраживается дрожжами, не гигроскопична.

        Лактоза (молочный сахар) С12Н22О11 под действием ферментов молочнокислых бактерий распадается на глюкозу и галактозу. Содержится в молоке животных. Плохо растворяется в воде, кристаллизуется из пересыщенных растворов.  

        Мальтоза (солодовый сахар) C12Н22О11.  Молекула мальтозы состоит из остатков двух молекул глюкозы. Образуется при расщеплении крахмала, содержится в проросшем  зерне, растворяется в воде, сбраживается дрожжами после гидролиза.

        Моно- и дисахариды имеют сладкий вкус, за что получили название сахаров, но степень их сладости неодинакова.

        Относительная сладость сахаров в условных единицах:

         Сахароза-100                                 галактоза-32

         Фруктоза-173                                мальтоза-32

         Глюкоза –74                                  лактоза –16

        Полисахариды – это полимеры с высокой молекулярной массой, которые построены из молекул простых сахаров.    

        Крахмал – резервный полисахарид, главный компонент зерна, картофеля. В клетках растений он находится в виде зёрен.  

Крахмал  ( С6Н10О5 ) n– смесь полимеров двух типов, построенных из остатков амилозы и амилопектина.

                                          ……………..   

                                           

                                                а)

              х

                     б)                                                                                 

                                                                                       в)         х

                                         

                                                                                                                         

  Схема строения полисахаридов:

а) –амилозы; б) – амилопектина; в) – гликогена; х – начало цепи со свободным полуацетальным гидроксилом                                                                         

       Гликоген (животный крахмал) состоит из остатков глюкозы. Важный энергетический запасной материал животных (в печени до 10%, мышцах до 1%), присутствует в некоторых растениях (зёрнах кукурузы). По своему строению напоминает амилопектин, но более разветвлён и его молекула имеет более компактную упаковку. Гликоген хорошо растворяется в горячей воде.

       Клетчатка (целлюлоза) – самый распространённый  высоко молекулярный полимер (C6H10O5)n . Это основной компонент и опорный  материал клеточных стенок растений (в древесине 50%)  Молекула клетчатки имеет линейное строение и состоит из 2000-3000 остатков   - Д – глюкопиранозы. С помощью водородных связей молекулы обьединены  в мицеллы (пучки ), состоящие из параллельных цепей. Клетчатка нерастворима в воде и в обычных условиях не гидролизуется кислотами.

        Пектиновые вещества содержатся во многих плодах, ягодах, клубнях и стеблях растений. Это высокомолекулярные полисахариды, входящие в состав клеточных стенок и межклеточных образований. Основу всех пектиновых веществ составляет галактуроновая кислота, из молекул которой строится главная цепь, а в состав боковых цепей входят    ά - арабиноза,  Д-галактоза и Д- рамноза. При созревании и хранении плодов нерастворимые формы пектина переходят в растворимые, с этим связано размягчение плодов. Аналогичные процессы происходят и при тепловой обработке растительного сырья, осветлении плодово-ягодных соков.

 

      3.4.2  Значение углеводов в питании человека.

     

Углеводы играют исключительно важную роль в питании человека. Мозг и нервная система для нормального функционирования требуют только сахар. Другие ткани ( например, печень) при отсутствии сахара могут перерабатывать жиры, мозг такой адаптивностью не обладает. Отсутствие достаточного количества сахара в организме может отрицательно сказаться на работе печени и сердца. Белок и жиры так же не будут выполнять своих функций (восстановление тканей и производство энергии) если в организме не будет достаточного количества продуктов расщепления сахара.

 Функции углеводов можно разделить на три группы

Энергетическая функция.

При окислении 1 г. углеводов  выделяется 4 ккал энергии, которая используется в различных процессах метаболизма.

Атомы углерода углеводов используются организмом не только для биосинтеза самих углеводов, но и белков, нуклеиновых кислот, липидов.

Структурная функция. Углеводы являются  важными компонентами стенок бактериальных и растительных клеток, а также оболочек животных клеток.

Защитная функция. С помощью углеводов организм освобождается от вредных веществ. Углеводные остатки входят в состав соединений, ответственных за иммунитет.

Другие (специальные) функции:

предохраняют кровь от свертывания (гепарин), а у некоторых рыб от замерзания;

являются антибиотиками и различными биологически активными веществами. Например, витамин С относится к углеводам. Гликозиды являются стимуляторами сердечной деятельности.

Основным источником углеводов в питании являются растительные продукты. Углеводы по усвояемости делятся на две группы: усвояемые организмом человека  (глюкоза, фруктоза, галактоза, сахароза, декстрины, крахмал ) и неусвояемые – пищевые волокна или баластные вещества (клетчатка, гемицеллюлоза, пектиновые вещества ). Усвояемые углеводы дают организму 50 – 60 % от общего числа калорий.  Суточная потребность взрослого человека  в усвояемых углеводах составляет 365 – 400 г, в том числе  50–100 г простых сахаров. Оптимальное содержание  пищевых волокон в суточном рационе 20 – 25 г,  в т. ч. клетчатки и пектина 10 – 15 г.

         Рассмотрим физиологическое значение отдельных углеводов.

         Глюкоза.  В процессе пищеварения углеводы пищи в конечном итоге  превращаются в глюкозу, которая поступает в кровь и служит источником энергии для всех органов и тканей. С помощью гормона поджелудочной железы – инсулина – глюкоза превращается в гликоген. Нормальный уровень глюкозы в крови составляет 80-100 мг на 100мл. Систематическое избыточное потребление легкоусвояемых  углеводов может способствовать возникновению сахарного диабета, ожирения и атеросклероза.

          Фруктоза.  Превращение фруктозы в организме протекает несколько иначе, чем глюкозы. Поэтому фруктоза не вызывает увеличение сахара в крови, что важно для больных сахарным диабетом.

           Лактоза  способствует развитию в желудочно-кишечном тракте  молочнокислых бактерий, антагонистов гнилостной микрофлоры. Некоторые люди страдают непереносимостью молока из-за отсутствия фермента лактазы, расщепляющего лактозу.

           Крахмал.  Занимает в рационе 80% от общего количества потребляемых  углеводов. Подвергается перевариванию только после термической обработки. Крахмал усваивается медленнее других углеводов, поэтому потребление не приводит к быстрому увеличению содержания глюкозы в крови.

           Пищевые волокна  не усваиваются организмом человека, но выполняют положительную роль.

           Клетчатка -  основной компонент “ грубых” пищевых волокон является   обязательным фактором процесса пищеварения: нормализует деятельность полезной микрофлоры кишечника, препятствует всасыванию вредных веществ, способствует выведению из организма холестерина. Клетчатка способствует нормальному продвижению пищи по желудочно-кишечному тракту. Вместе с тем избыток клетчатки провоцирует диарею, снижает усвояемость некоторых  витаминов и минеральных веществ.

          Пектин  выводит из организма многие токсичные вещества: тяжёлые металлы, радионуклеиды, продукты метаболизма гнилостных бактерий.

  1.   Превращение углеводов при переработке.

      Во время хранения пищевого сырья и его переработке углеводы подвергаются различным и сложным превращениям. Направленность этих процессов зависит от состава углеводного комплекса, условий  (влажность, температура, Н среды), наличия ферментов и присутствия других компонентов.

      Наиболее распространёнными и важными в пищевой технологии являются процессы :

      -меланоидинообразования и карамелизации;

      -кислотного и ферментативного гидролиза полисахаридов;

      -брожения моносахаридов        

      

        Меланоидинообразование – окислительно-восстановительный процесс, который представляет собой совокупность последовательно и параллельно идущих реакций. Этот процесс одновременно получил название реакции Майара, по имени учёного, который в 1912г впервые его описал.

       При реакции меланоидинообразования происходит взаимодействие восстанавливающих сахаров с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию тёмно-окрашенных продуктов-меланоидинов. Механизм этой реакции сложен, в результате её образуется большое число промежуточных продуктов, которые на следующих этапах взаимодействуют между собой и с исходными веществами.

       В результатате этой реакции в продуктах снижается содержание редуцирующих сахаров и азота аминных групп. Наиболее реакционно способными являются аминокислоты: лизин, глицин, метионин, аланин, валин; наиболее активно из сахаров реагируют ксилоза, арабиноза, глюкоза, галактоза и фруктоза.          

       Более интенсивно меланоидинообразование протекает в нейтральной и щелочной средах, легче проходит в концентрированных растворах .В результате реакции Майара  может связываться до 25% белков, витаминов, аминокислот и многих биологически активных соединений, тем самым снижается пищевая ценность продуктов

       Положительным моментом реакции меланообразования является появление привлекательной окраски (золотисто-коричневой, тёмно-коричневой и др.) и своеобразного аромата пищевых продуктов.

     Карамелизация сахаров.      Нагревание моно- и дисахаров при температуре 100 ° С и выше приводит к изменению химического состава и цвета продуктов. Глубина этих процессов зависит от состава сахаров, их концентрации, степени и продолжительности теплового воздействия Н среды, присутствия примесей.

      В общем упрощенном виде схему превращений сахаров при нагревании можно представить следующим образом:

Дисахара           Монозы           Ангидриды моноз     

         Оксиметил фурфурол

Окрашенные и гуминовые           муравьиная и левулиновая

             вещества                                        кислоты

       Гидролиз полисахаридов и олигосахаров.

Во многих  пищевых производствах имеет место гидролиз олиго-  и полисахаридов. Он важен не только для процессов получения пищевых продуктов, но также и для процессов их хранения.

Реакции гидролиза могут приводить к нежелательным изменениям цвета и к неспособности полисахаридов образовывать гели.

Ферментативный гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях и обеспечивает качество готового продукта – в хлебопечении (процесс тестоприготовления и выпечки хлеба), в производстве пива (получение пивного сусла), спирта(подготовка сырья для брожения), в производстве различных сахаристых продуктов (глюкозы, патоки, сахарных сиропов).

В общем виде, схема гидролиза крахмала может быть представлена следующим образом:

                     Н2О         

( С6Н10О5 )n                  ( С6Н10О5 )х                С12Н22О11             

крахмал     катализатор  декстрины                  мальтоза   

     

             С6Н12О6

 глюкоза

Гидролиз пектинов имеет место при созревании плодов. Под действием пектолитических ферментов нерастворимые протопектины превращаются в растворимые пектины. При этом резко снижается вязкость растительных тканей и уменьшается молекулярная масса пектинов. Таким образом, мякоть плодов размягчается.

         Гидролиз сахарозы получил название инверсии, а смесь, образующихся в равных количествах глюкозы и фруктозы, – инвертным сахаром.

                                      t°

 С12Н22О11  +  Н2О                                   C6Н12О6  +  С6Н12О6                    

    Сахароза                                                     глюкоза         фруктоза

Инвертные сиропы используются при приготовлении безалкогольных напитков. Инверсия сахарозы имеет место при производстве виноградных вин. Процессы инверсии предупреждают очерствение конфет и улучшают аромат хлеба.

При гидролизе лактозы образуются глюкоза и галактоза

                       Н2О

  С12Н22О11                                        C6Н12О6    + C6Н12О6 

     Лактоза                              глюкоза         галактоза

        Под действием фермента    - галактозидазы с этого процесса начинаются все виды брожения молочного сахара.

        Брожение моносахаридов

        В пищевых технологиях наибольшее значение имеют два основных типа брожения: спиртовое и молочнокислое.

        Спиртовое брожение происходит под действием ферментов дрожжей. Суммарное уравнение имеет следующий вид:

               C6Н12О6                               С 2Н5ОН  +  2СО2

               Глюкоза                         этиловый    углекислый

                                                   спирт           газ     

        Кроме главных продуктов образуются и другие вещества: низко молекулярные кислоты, спирты и альдегиды, создающие вкус и аромат продуктов.

        Молочнокислое брожение вызывают молочнокислые бактерии. Гомоферментативные бактерии сбраживают гексозу с образованием только молочной кислоты

                С6Н12О6                        2СН3   -  СН –ОН – СООН

                     Глюкоза                              молочная  кислота

       Гетероферментативные бактерии наряду с молочной кислотой вырабатывают уксусную, масляную, пропионовую кислоты, этиловый спирт, диацетил, ацетоин, углекислый газ и др.

       Реакции брожения протекают при получении всех кисломолочных продуктов (простокваши, ряженки, ацидофилина, сметаны, творога), сыра и др. Они так же имеют место при выработке хлеба, алкогольных напитков и др.    

     

                                  Контрольные вопросы.

  1.  Приведите классификацию углеводов.
  2.  Характеристика углеводов, их строение.
  3.  Назовите свойства наиболее распространённых углеводов.
  4.  Кислотный и ферментативный гидролиз полисахаридов.
  5.  Какую роль играют углеводы в питании человека?
  6.  Реакции меланоидинообразования и карамелизация сахаров.
  7.  Гидролиз полисахаридов и олигосахаридов.
  8.  Основные виды брожения моносахаридов.

3.5 Органические кислоты

Наиболее распространенные органические кислоты: лимонная, яблочная, молочная, щавелевая, винная, фитиновая. Они содержатся главным образом во фруктах, овощах, ягодах,  выполняют, как и углеводы, в основном энергетическую функцию, а так же активно участвуют в обмене веществ. Многие органические кислоты благоприятно влияют на процесс пищеварения, снижают рН среды, способствуют созданию полезной микрофлоры и тормозят процессы гниения в желудочно-кишечном тракте. Щавелевая кислота способна интенсивно связывать кальций, фитиновая - кальций, железо, цинк и другие металлы. Это сказывается на усвоении необходимых минеральных веществ. Лимонная кислота наоборот, способствует усвоению организмом кальция.

3.6 Витамины

Название этого класса пищевых веществ произошло от латинского слова- vita - жизнь. Витамины обладают исключительно высокой биологической активностью и требуются организму в очень небольших количествах - от нескольких мкг до нескольких мг в день. Они участвуют в обмене веществ как необходимые компоненты биокатализа и регуляции отдельных биохимических процессов. Они не синтезируются в организме человека, должны поступать в составе пищи и не обладают энергетическими и пластическими свойствами.

Многие витамины представляют собой исходный материал для биосинтеза коферментов и простатических групп ферментов. В этом состоит одна из основных причин необходимости витаминов для нормального протекания обменных процессов.

По своей  химической природе витамины принадлежат к разным классам органических соединений. Так, к стероидам относится витамин D, углеводам - витамин С, гетероциклическим - витамины Е, В1, В2, В6, В12.

Согласно Международной химической номенклатуре витамины делят на растворимые в воде, растворимые в жирах и витаминоподобные вещества. Такое разделение витаминов положено в основу их современной классификации (схема 3.6.1).

ВИТАМИНЫ

Жирорастворимые

Водорастворимые

Витаминоподобные вещества

Витамин А

(ретиол)

Витамин В1

(тиамин)

Пангамовая кислота

(витамин В15)

Витамин D

(кальциферолы)

Витамин В2

(рибофлавин)

Парааминобензойная кислота

(витамин Н1)

Витамин Е

(токоферолы)

Витамин РР

(никотинамид)

Оротовая кислота

(витамин В13)

Витамин К

(филлохиноны)

Витамин В6

(пиридоксин)

Холин

(витамин В4)

Витамин В12

(кобаламины)

Инозит

(витамин В8)

Фолиевая кислота

Карнитин

(витамин ВТ)

Пантотеновая

Кислота

(витамин В3)

Полиненасыщенные жирные кислоты

(витамины F)

Биотин

(витамин Н)

S-метилметионин

(витамин U)

Липоевая кислота

(витамин N)

Витамин С

(аскорбиновая кислота)

Витамин Р

(биофлавоноиды, полифенолы)

Рис.3.6.1. Схема классификации витаминов.

Витамины группы В (В1, В2, В6, пантотеновая кислота  и никотинамид) принимают участие в метаболизме жиров, углеводов и белков, а также в деятельности нервной системы. Для развития клеток эпителия и синтеза видимого пигмента   необходим  витамин А. Витамин Д регулирует усвоение кальция и обеспечивает правильную минерализацию костей и зубов. Витамин С способствует всасыванию железа и участвует во многих окислительно-восстановительных процессах  в организме.  Витамин Е – это физиологический антиоксидант, защищающий клеточные мембраны от повреждений и сохраняет их функциональную активность.

3.7 Минеральные вещества

Минеральные вещества содержатся во всех тканях организма, участвуют в формировании костей, процессах кроветворения, поддерживают на определенном уровне осмотическое давление, кислотно-щелочной баланс крови, являются составной  частью ферментов, секретов, гормонов. Минеральные вещества подразделяются  на макроэлементы и микроэлементы. Если массовая доля элемента в организме превышает 10 -2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10 -3 – 10 -5%. Если содержание элемента составляет ниже 10 -5%, его считают ультрамикроэлементом. К макроэлементам относят кальций, фосфор, магний, натрий, калий, хлор, серу. Микроэлементы условно делят на две группы абсолютно или жизненно необходимые(железо, цинк, медь, йод, фтор, марганец, кобальт, бром) и так называемые вероятно необходимые (алюминий, стронций, молибден, никель, ванадий и др.). Характерным признаком необходимого элемента является колоколооб разный вид кривой зависимости ответной реакции организма от дозы элемента (рис.3.7.1)

При малом поступлении данного элемента организму наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастает и достигает нормы (на кривой представлено в виде плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое действие избытка данного элемента, в результате чего не исключается летальный исход.

                                    

Рис. 3.7.1    Зависимость ответной реакции организма (R)  от дозы (n) жизненно необходимых элементов

Ниже приведены характерные (типичные) симптомы при дефиците различных химических элементов в организме человека:

Кальций            Замедление роста скелета

Магний        Мышечные судороги

Железо                      Анемия, нарушения иммунной системы

Цинк Повреждение кожи, замедление роста, замедление полового созревания

Медь Слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия

Марганец Бесплодие,  ухудшение роста скелета

Молибден  Замедление клеточного роста, склонность к кариесу зубов

Кобальт Злокачественная анемия

Никель Учащение депрессий, дерматиты

Хром Симптомы диабета

Кремний Нарушение роста скелета

Фтор Кариес зубов

Йод Нарушение работы щитовидной железы, замедление метаболизма

Селен Слабость сердечной мышцы

Роль отдельных минеральных элементов

Макроэлементы

Кальций незаменим в формировании костной ткани и зубов, необходим для функционирования нервной и мышечной систем. Усвояемость кальция зависит от вида соединения, с которым он поступает в организм. Лучше всего утилизируется кальций из молока и молочных продуктов.

Фосфор необходим для нормального роста и развития костей. Содержится в мышечной и мозговой тканях, обеспечивает нормальный обмен белков и жиров.

Натрий и калий участвуют в различных видах обмена веществ, являются регуляторами водно-солевого обмена. Необходимы для нормального функционирования нервной и мышечной систем.

Микроэлементы

Железо является составной частью гемоглобина, участвует в окислительно-восстановительных процессах. Лучше усваивается из продуктов животного происхождения.

Марганец является составной частью всех тканей организма, особенно костной, а так же печени. Он входит в состав окислительных ферментов, повышает интенсивность утилизации жиров в организме.

Цинк так же входит в состав костных тканей. Он обусловливает активность некоторых ферментов. При недостатке цинка, нарушаются процессы роста.

Медь и Кобальт необходимы для правильного кроветворения.

Фтор входит в состав зубной ткани, при его дефиците развивается кариес.

Йод является составной частью гормона щитовидной железы - тироксина.

Контрольные вопросы

  1.  Пищевая ценность у основных органических кислот, витаминов и минеральных веществ.
  2.  Классификация витаминов, их значение в питании человека.
  3.  Макро- и микроэлементы в составе пищи, их физиологическая роль.

4 Пищевые добавки

Пищевые добавки употребляются человеком  в течение многих веков (соль, перец, гвоздика, мускатный орех, корица, мед и др.), однако широкое их использование началось в конце 19 века и было связано с ростом населения и концентрацией его в городах.

Развитие современной пищевой индустрии невозможно без использования пищевых добавок. Этим  термином обозначают различные соединения, полученные химическим путем, или природные соединения, которые разрешены органами здравоохранения. Пищевые добавки обычно не употребляются в качестве пищевого продукта, а преднамеренно добавляются к нему для облегчения ведения технологического процесса, увеличения стойкости при хранении, придания определенных органолептических свойств.

Применение пищевых добавок допустимо только в том случае, если они даже при длительном употреблении в составе продукта не угрожают здоровью человека и при условии, что поставленные технологические задачи не могут быть решены другим путем. Добавки не должны маскировать последствия  использования некачественного или испорченного сырья.

Применение пищевых добавок регламентируется нормами их медицинской безопасности и технологическими соображениями. Такие регламенты устанавливаются на национальном и на международном уровнях.

 

4.1 Классификация пищевых добавок

В мире применяется более 500 пищевых добавок. Для  гармонизации их использования Европейским Союзом  разработана рациональная система цифровой кодификации пищевых добавок. Она включена в кодекс  ФАО-ВОЗ для пищевых продуктов (Codex Alimentarius). Каждой пищевой добавке присвоен цифровой  трех- или четырехзначный номер с предшествующей ему буквой Е.

Букву Е  специалисты  отождествляют как со словом Европа , так и  со словами  essbar/edible, что в переводе (соответственно с немецкого и английского ) означает “съедобный”.

Присвоение конкретному веществу  статуса пищевой добавки  и индентификационного номера  с индексом  “Е” имеет четкое толкование:

  •  данное конкретное вещество проверено на безопасность;
  •  вещество может быть применено в рамках его установленной безопасности и технологической необходимости;
  •  для данного вещества установлены критерии чистоты.

В зависимости от назначения пищевые добавки подразделяют на несколько групп, каждая из которых имеет свой код:

вещества, улучшающие внешний вид продукта: красители и цветорегулирующие материалы (Е100 - Е182);

вещества, повышающие сохранность продуктов питания и увеличивающие сроки их хранения (антиокислители и консерванты) (соответственно Е200 и далее, Е300 и далее);

ароматизаторы и усилители аромата, (Е600 и далее);

подслащивающие вещества, вкусовые добавки и усилители вкуса (Е900 - Е1000);

вещества, изменяющие консистенцию: ПАВ, загустители, желе - и студнеобразователи, замутнители, стабилизаторы, разрыхлители и др. (Е400 и далее);

Рассмотрим основные группы пищевых доставок, используемых в пищевой промышленности.

4.2 Вещества, улучшающие внешний вид продуктов

Пищевые красители. Потребители давно привыкли к определенному цвету пищевых продуктов, связывая с ним его качество. Для придания пищевым продуктам и полуфабрикатам различной окраски используют природные (натуральные) и синтетические (органические и неорганические красители).

Природные красители: каротиноиды, антоцины, флавоноиды, хлорофиллы.

Из природных красителей, придающих красную, оранжевую или желтую окраску, чаще всего используются каротиноиды. Наиболее важный из них -каротин, который служит, кроме того, источником витамина А и антиоксидантом.

Кармин (Е-120) - красный краситель, производное антрахинона, получают из кошенели - насекомых, обитающих на кактусах.

Энокраситель (Е-163) - получают из выжимок красных сортов винограда и ягод бузины в виде жидкости интенсивно красного цвета.

В последнее время начали использовать пигменты желтых и розово-красных красителей, содержащиеся в соке кизила, красной и черной смородины, клюквы, брусники, свеклы. В состав многих из них входят антоцианы и катехины. Красящим веществом является энин, краситель из свеклы - бетанин. В нейтральных или щелочных средах энокраситель придает продуктам синий или сиреневый оттенок.

Куркумин (Е-100) - желтый природный краситель, получают из многолетних травянистых растений семейства Имбирных.

Желтый краситель из семян аннато используют в сыроделии.

В качестве природного зеленого красителя используется хлорофилл (Е-141), присутствующий во всех растениях, осуществляющих фотосинтез.

Сахарный колер: карамель (Е-150) используется в хлебопекарной, кондитерской, ликероводочной, пивобезалкогольной и других отраслях промышленности.

Синтетические красители

С химической точки зрения синтетические пищевые красители можно разделить на 5 классов: азокрасители, триарилметановые, ксантановые, хиналиновые и индигоидные.

Наиболее часто используются синий краситель : индигокармин (Е132) и желтый краситель: тартразин (Е102), синий блестящий, зеленый S , черный блестящий, красный кармуазин, очаровательный красный.

В России запрещены красители: цитрусовый красный Е121 и красный амарант Е123.

Широкое применение синтетических красителей связано с их высокой устойчивостью к изменению рН среды и действию кислот, стабильностью к нагреванию и свету, большой окрашивающей способностью, легкостью дозирования, устойчивостью окраски при хранении продукта.

Поступающие в продажу синтетические красители обычно разбавлены наполнителями (поваренная соль, сульфат натрия, глюкоза, сахароза, крахмал).

Для окрашивания пищевых продуктов используются , главным образом, водные растворы пищевых красителей.

Максимальная разрешенная дозировка составляет 100 г/ т. Рекомендуется 5-50 г/ т окрашиваемой продукции.

Цветорегулирующие материалы. К ним относятся соединения,  изменяющие окраску продукта в результате взаимодействия с компонентами пищевого сырья и готовых продуктов. Среди них необходимо отметить отбеливающие вещества (диоксид серы, разбавленная серная кислота H2SO4). Бромат калия KBrO3 применяют для отбеливания муки. Нитрат и нитрит калия применяют при обработке (посоле) мяса и мясных продуктов для сохранения красного цвета.

4.3 Ароматизаторы и усилители аромата

Пищевой ароматизатор - это  смесь 30-50-ти, а иногда более 100-та  согласованных между собой индивидуальных компонентов  или индивидуальное вкусоароматичесое вещество.  Не следует относить к ароматизаторам концентрированные соки, фруктовые подварки, сиропы.

Ароматизаторы принято подразделять на натуральные, идентичные натуральным и искусственные.

Натуральные ароматизаторы извлекаются физическими способами (экстракцией, дистилляцией) из исходных материалов растительного или животного происхождения. Как правило, они слабы и нестабильны. Чаще используют идентичные натуральным ("такой же как природный"). Эти ароматизаторы получают химическим синтезом или выделяют из натурального сырья химическими способами. По своему химическому строению они соответствуют природным ароматизаторам (например: ванилин).

Искусственные ароматизаторы содержат, по меньшей мере, одно искусственное вещество, которого в природе не существует. Они отличаются стабильностью, интенсивностью и дешевизной.

Ароматизаторы условно можно разделить на острые (пряные) и сладкие. Первые придают продукту вкус и запах овощей, специй, трав, дыма, мяса, рыбы, грибов и т.п. Типичные же сладкие ароматизаторы - все виды фруктовых ароматов, ванильные, шоколадные, кофейные.

Для специалистов по разработке ароматизаторов (флейвористов) наиболее подходящим способом классификации вкусоароматических веществ является их группировка не по химическим классам, а по их вкусоароматическим характеристикам. Существует схематическая классификация виде «колеса ароматов». Она включает следующие вкусовые ингредиенты: зеленые и травяные; фруктовые и эфирные; цитрусовые и терпеновые; мятные и камфорные; цветочные; тона пряностей и лекарственных трав; древесные и дымные; тона жареного  и пригорелого; карамельные и ореховые; мясные и животные; жирные и прогорклые; молочные и масляные; грибные и землистые; сельдерейные и суповые; сернистые и чесночные.

 Ароматизаторы выпускают в виде жидких (эссенций или эмульсии) и порошкообразных продуктов.

Жидкие ароматизаторы, как правило, дешевле аналогичных порошкообразных и предназначены для большинства пищевых продуктов.

Эмульсионные ароматизаторы применяются для замутненных напитков, колбасных изделий, мясных и рыбных полуфабрикатов, соусов, кетчупов, майонезов, приправ.

Порошкообразные ароматизаторы предназначены для производства пищевых концентратов, мясных  и колбасных изделий и экструдированых продуктов,

Среди группы усилителей аромата («оживителей вкуса») широкое распространение получила глютаминовая кислота (Е 620) и ее соли. Они усиливают  вкусовые восприятия, воздействуя стимулирующим образом на окончания вкусовых нервов и вызывая при этом «ощущение удовлетворения». Это свойство получило название «глютаминовый эффект».  Добавление солей глутаминовой кислоты позволяет восстановить в продуктах качество свежести.

В некоторых странах, особенно на Востоке, глутамат натрия вводится непосредственно перед едой. Так в Китае выпускается препарат соевых бобов, содержащий до 90% чистого глутамата натрия. При употреблении такой добавки  в больших дозах возникает так называемый  «синдром китайского ресторана», который проявляется в слабости, сердцебиении, потери чувствительности в области затылка и спины.

В нашей стране глутамат натрия используется как добавка при производстве продуктов питания взрослого населения и подростков, не допускается в производстве консервов и концентратов для детского  населения.

4.4 Подслащивающие вещества

Для придания продуктам сладкого вкуса используют сахар, сахарозаменители (глюкозо-фруктозные сиропы, фруктозу, сорбит, ксилит и др.). Их классифицируют по происхождению (натуральные и искусственные), по калорийности (высоко-, низко-, безкалорийные), по степени сладости  (с высоким и низким сахарным эквивалентом), по химическому составу и др..

Ассортимент продуктов с подсластителями постоянно расширяется, а их потребление во всем мире постоянно растет. Подсластители используют известные компании Pepsico, Coca-Cola, Valio, Cadbury.

 Натуральные подслащивающие вещества: мед, солодовый экстракт, лактоза, продукты гидролиза крахмала (патока, глюкозный и глюкозо-фруктозный сироп), полиолы или сахарные спирты (сорбит и ксилит), стевиозид, тауматин.

Многоатомные спирты (полиолы). Среди них широкое применение в качестве подсластителей нашли сорбит и ксилит. Сладость их по отношению к сахарозе соответственно составляет 0, 6 и 0, 85. Они полностью усваиваются организмом. Ксилит оказывает положительное влияние на состояние зубов, увеличивает выделение желудочного сока и желчи.

Стевиозид -  смесь гликозидов, выделенных из южноафриканских растений, в 300 раз слаще сахарозы, относится к интенсивным подсластителям.

Тауматин – самое сладкое из известных веществ, в 3000-10000 раз слаще сахарозы.

Интенсивные подсластители бывают индивидуальными или смесевыми. Среди индивидуальных различают подсластители "старого" и "нового" поколения. Первые (цикломаты и сахарин) либо не обладают достаточной степенью сладости, либо не выдерживают конкуренции с "новыми". К последним относятся аспартам, сукралоза и ацесульфам.

Аспартам – это дипептид, состоящий из остатков двух аминокислот : аспаргиновой и фенинилаланина, в 160 – 200 раз слаще сахарозы. Выпускается под торговой маркой «НУТРА СВИТ» и «СУСЛИ». Применяется для производства 5 – 6 тысяч  наименований пищевых продуктов.

Ацесульфам – К. Этот подсластитель термо- и кислотоустойчив, поэтому пищевые продукты с ним можно подвергать стерилизации. Выпускается под торговой маркой «САННЕТ».

В настоящее время производятся комбинированные смеси интенсивных подсластителей: "СВИТЛИ - сладость диетическая", "Аспамикс"  и др.

4.5 Вещества, повышающие сохранность продуктов и

увеличивающие сроки их хранения

Сохранность пищевого сырья и готовых продуктов достигается как использованием различных методов их обработки, так и применением целого ряда химических соединений (консервантов), способных замедлить или предотвратить развитие микрофлоры.

Химические консерванты должны быть безвредны, не изменять органолептические свойства продуктов, не оказывать отрицательного воздействия на пищевую ценность и здоровье потребителей.

В Росси в качестве консервантов разрешены к применению следующие химические соединения: сорбиновая, бензойная, уксусная кислоты и их соли, соединения серы, пропионовая кислота, низин, метамицин, муравьиная кислота, нитриты и нитраты; запрещен  консерват формальдегид Е240.

Для многих пищевых продуктов, особенно содержащих полиненасыщенные жирные кислоты, существенно замедлить окисление можно с помощью антиокислителей.

Различают натуральные и искусственные антиокислители. И те и другие получают синтетическим путем, но первые найдены в природе, а вторые нет. К натуральным антиокислителям относятся аскорбиновая кислота и ее соли, -токоферол, кверцетин. Наибольшее распространение среди синтетических антиокислителей получили производные фенолов: бутилгидроксианизол (БОА) и бутилгидрокситолуол (БОТ), а так же соли галловой кислоты.

4.6 Вещества, изменяющие консистенцию

Пищевые поверхностно-активные вещества (эмульгаторы). К ним относятся вещества, обладающие способностью адсорбироваться на поверхности раздела фаз и снижать поверхностное натяжение. Это позволяет использовать их для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем.

Основные пищевые ПАВ - это природные (фосфолипиды) и синтетические (производные одно- и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения). Обычно ПАВ, применяемые в пищевой промышленности, не являются индивидуальными веществами, - это многокомпонентные смеси, а название ПАВ соответствует лишь основному компоненту. Наиболее часто применяются следующие ПАВ:

  •  фосфолипиды (амфолитные ПАВ); фосфатидный концентрат; природные фосфолипиды получают из растительных масел, они содержат непосредственно фосфолипиды (кефалины и лецитины), а так же триацилглицерины.
  •  моно- и диглицериды получают этерификацией глицерина жирными кислотами, либо переэтерификацией ТГД;
  •  эфиры полиглицерина - сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином;
  •  эфиры сахарозы - сложные эфиры природных кислот с сахарозой.

Загустители, желе- и студнеобразователи. Эта группа пищевых добавок используется для получения коллоидных растворов повышенной вязкости, студней и гелей. К таким добавкам относят натуральные пищевые вещества: желатин, пектин, агар, агароид, крахмал, альгинат натрия и вещества, получаемые искусственно, в том числе из природных объектов: модифицированные крахмалы, метиллцелюлоза, амилопектин.

Пектины получают из растительного сырья кислой или щелочной экстракцией или ферментативным расщеплением. Чем выше степень этерификации, тем лучше пектин растворим и выше его студнеобразующая способность. Наибольшую степень этерификации имеет пектин, получаемый из яблочных выжимок, наименьшую - пектин свекловичного жома.

Агар и агароид - высокомолекулярные полисахариды, молекулы их состоят из остатков галактозы, получают из водорослей.

Желатин - растворимая в горячей воде форма животного белка коллагена. Получают его из богатых коллагеном тканей животных: костей, сухожилий, телячьих шкур.

Модифицированные крахмалы - крахмалы с направленно измененными природными свойствами. По характеру изменений все модифицированные крахмалы условно делят на расщепленные и замещенные.

Контрольные вопросы

  1.  Классификация пищевых добавок.
  2.  Характеристика пищевых красителей.
  3.  Какие вещества относятся к цветорегулирующим материалам?
  4.  Приведите классификацию подслащивающих веществ.
  5.  Какие требования предъявляются к консервантам и антиокислителям?
  6.  Характеристика веществ, изменяющих консистенцию пищевых продуктов.
  7.  Ароматизаторы и усилители аромата.

              5 Вредные вещества пищи.

       В пище всегда имеются микрокомпоненты, которые при определённых условиях могут вызвать неблагоприятный эффект. Все вредные химические вещества пищи можно разделить на две группы:

  •  природные токсиканты ;
  •  вещества из окружающей среды: загрязнители (контаминанты)

               5 . 1   Природные токсиканты.  

К ним относятся натуральные, присущие данному виду продукта биологически активные вещества, которые могут вызывать токсический эффект. Среди них выделяют компоненты с выраженной фармакологической активностью, антиалиментарные компоненты, токсичные компоненты.

       Одним из компонентов с выраженной фармакологической активностью является этанол ( этиловый спирт ) – вещество наркотического действия. К ним относятся и другие алколоиды : кофеин, теобромин и теофилин, которые являются компонентами чая, кофе, кока-колы, шоколада. Они возбуждают нервную систему, что не всегда желательно, и даже вредно для детей.

        Опасность могут представлять и продукты, насыщенные биогенными аминами ( тирамин , серотонин, норадреалин и др ) Они вызывают нарушение сердечно-сосудистых реакций, например: головные боли, учащённое сердцебиение. Значительное количество таких веществ содержится в томатах, ананасах, бананах, сливе, сырах, печени и солёной рыбе.

                Антиалиментарные ( непищевые ) вещества  сами по себе не обладают токсическим действием, но снижают усвояемость отдельных веществ. В эту группу входят антиферменты, антивитамины, деминерализующие вещества и другие соединения.

         Антифермены ( ингибиторы протеиназ ).  Это вещества белковой природы, блокирующие активность ферментов, главным образом, трипсина, химотрипсина, эластазы. В результате снижается усвоение белковых веществ рациона. Антиферменты обнаружены в бобовых, пшенице, ячмене, кукурузе, яичном белке, молозиве коровы. Тепловая обработка продовольственного сырья приводит к денатурации белковой молекулы ингибитора, т.е. он влияет на пищеварение, только при потреблении сырой пищи. С другой стороны в условиях жёсткого нагревания по реакции Майара –происходит блокирование некоторых аминокислот ( в основном лизина ) со стороны редуцирующих сахаров, что приводит к снижению усвоения незаменимых аминокислот.

      Антивитамины – это соединения различной природы, обладающие способностью уменьшать или полностью ликвидировать биологический эффект витаминов. В отношении витамина С антивитаминными факторами являются ферменты : аскорбатоксидаза, полифенолоксидаза. Наибольшее их количество обнаружено в огурцах и кабачках, наименьшее – в моркови, свекле, помидорах, чёрной смородине. Разложение аскорбиновой кислоты под влиянием антиферментов происходит наиболее активно при измельчении растительного сырья, когда нарушается целостность клетки и возникают благоприятные условия для взаимодействия ферментов и субстрата. Активность аскорбатоксидазы подавляется под влиянием биофлавоноидов, 1-3 минутном прогревании сырья при 100 ° С (бланшировании). Для тиамина ( витамина В1 ) антивитаминными факторами являются тиаминаза, содержащаяся в сырой рыбе, и вещества с Р- витаминным действием – ортодифенолы, биофлавоноиды, основным источником которых служат кофе и чай.  

      Для пиридоксина (витамин В6)  антагонистом является линатин, содержащийся в семени льна. Его ингибиторы также обнаружены в сьедобных грибах, в некоторых бобовых.

          Сохраняемость ретинола (витамин А) снижается под воздействием перегретых жиров.

           К деминерализующим веществам относят щавелевую кислоту и её соли (оксалаты), фитин, танины, некоторые балластные вещества,  серосодержащие соединения крестоцветных культур и т.д.

Щавелевая кислота подавляет усвояемость кальция путём образования нерастворимых в воде солей ( высокое содержание отмечено в шпинате, щавеле, ревене ). Фитин также способен образовывать комплекс с ионами кальция, магния, железа, цинка и меди. Достаточно большое количество фитина содержится в пшенице, фасоли, горохе, кукурузе.

      Усвояемость железа снижается в присутствии дубильных веществ. Кофеин, содержащийся в кофе , активизирует выделение из организма кальция, магния, натрия, увеличивая тем самым потребность в них. Избыточное потребление некоторых сортов капусты (белокачанной, цветной, кольраби ), турнепса, редиса неблагоприятно сказывается на усвоении йода.

       Для некоторых пищевых продуктов характерно наличие в составе токсических природных компонентов. В ряде фруктов встречаются гликозиды некоторых цианогенных альдегидов или кетонов, которые при гидролизе выделяют синильную кислоту HCN, вызывающую поражение нервной системы.

       Наиболее известен – амигдалин, который обнаруживается в косточках миндаля, персиков, сливы, абрикосов. Компоты и варенья из косточковых безопасны, т.к. при термической обработке ферменты разрушаются и  HCN не образуется.

        К группе стероидных алколоидов относятся соланин и хаконин, которые обнаруживаются при прорастании и позеленении картофеля. В повышенных количествах эти вещества могут вызывать типичные признаки отравления  (одышку, тошноту, рвоту).

      Необходимо отметить, что природные компоненты пищи могут оказывать вредное действие только при нарушении количественного и качественного их состояния в рационе. Поэтому, чтобы обезопасить себя от нежелательного действия природных токсинов, следует возможно разнообразнее питаться.

             

5 .2    Загрязнители

       Наибольшую опасность для здоровья человека представляют загрязнители пищи, попадающие из окружающей среды ( контаминанты ).

       Тяжёлые металлы.  Биологическое и физиологическое действие микро – и макроэлементы проявляют только в определённых дозах. В больших количествах они обладают токсическим влиянием на организм.

        Причинами загрязнения пищевых продуктов химическими элементами являются: распространение отходов промышленных предприятий, выбросы транспорта, неконтролируемое применение удобрений, радиоактивные выбросы и др. химические элементы накапливаются в растительном и пищевом сырье, что обусловливает их высокое содержание в пищевом сырье и продуктах питания. В России медико-биологическими требованиями определены критерии безопасности для следующих токсических веществ: свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, медь, цинк, олово, железо. Наибольшую опасность из них представляют первые три.

Ртуть принадлежит к числу рассеянных в природе микроэлементов, образует большое число соединений, большинство которых ядовито. Наиболее опасны органические соединения ртути (метилртуть и другие алкильные соединения), они действуют на центральную нервную систему. Основными «накопителями» ртути являются животные продукты, особенно почки животных и хищные рыбы ( тунец, меч-рыба – 0,7 мг/кг ). Из растительных продуктов больше всего ртути содержится в грибах ( 0,5 мг/кг ), орехах, какао-бобах ( до 0,1 мг/кг).

Свинец  представляет собой типичный токсин, он не относится к жизненно необходимым элементам. Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная, пищеварительная система и почки. Отмечено угнетение им половых гормонов.

        Источниками загрязнения прежде всего являются энергетические установки, работающие на угле и жидком топливе, двигатели внутреннего сгорания, в которых используется горючее со свинцовой добавкой ( тетраэтилсвинец ). Повышенное содержание свинца наблюдается и в консервах, помещённых в сборную железную тару, которая спаивается припоем, содержащим свинец.

         В большинстве растительных и животных продуктов содержание свинца не превышает 0,5 – 1 мг/кг. Больше его обнаруживается в хищных рыбах ( тунец до 2мг/кг ).

Кадмий  оказывает сильное токсическое влияние на людей и животных. Кадмий приводит к поражению почек, заболеванию анемией.

        В различных отраслях промышленности кадмий используется как элемент защитных гальванических покрытий, пластмасс, полупроводников. Фосфатные удобрения и навоз так же содержат кадмий. Содержание его в 1кг суточного набора продуктов не должно превышать  30 – 35мкг.

Радиоактивное загрязнение.  При испытании ядерного оружия, авариях на атомных станциях . происходит увеличение количества радиоактивных элементов ( йод 131, стронций 90, цезий 137, углерод 14 ). Наиболее опасны из них стронций и цезий. Стронций      является аналогом кальция, замещает кальций в костях, встраивается в скелет и таким образом происходит внутреннее облучение. Цезий накапливается в мышцах и внутренних органах.

Нитраты и нитриты.  Нитраты сами по себе малотоксичные соединения, но в организме человека они преобразуются  в нитриты. Последние взаимодействуют с гемоглобином крови, образуя метгемоглобин, не способный транспортировать кислород тканям, возникает кислородное голодание. Другая опасность нитритов обусловлена тем, что они являются предшественниками нитрозаминов и нитрозоамидов, которые обладают высокой канцерогенной активностью.

        Нитраты широко используются в качестве азотных удобрений в сельском хозяйстве, активно применяются в качестве пищевых добавок для фиксации цвета и в качестве консервирующего вещества для задержки развития газообразующих бактерий ( кишечной палочки ). Превышение нормируемых доз нитратов в пищевой промышленности и в сельском хозяйстве приводит к возрастанию уровня нитратов в почве, воде, продуктах питания и кормах. ПДК нитратов в сутки составляет 3 – 6 мг/кг массы тела.

Пестициды -  собирательное название химических средств защиты растений и животных ( от латинского пестис-зараза, цидо- убиваю ). Они используются для уничтожения насекомых ( инсектициды ), грызунов ( зооциды ),бактерий (бактерициды ), грибов ( фунгициды) сорняков (гербициды ) и т.д. Различают фосфороорганические и хлороорганические пестициды. Степень их разрушения и токсичность различны.

Фосфороорганические пестициды  ( хлорофос, карбофос, метафос, фосфамид ) при воздействии высоких температур полностью разрушаются. При попадании в организм животного они большей частью распадаются в пищеварительном тракте и выводятся на 2 – 5 сутки после обработки или скармливания таких кормов.

Хлорорганические пестициды ( ДДТ, альдрин, гексахлоран и др. ) отличаются высокой стойкостью во внешней среде, не растворимы в воде.

        Поступившие в организм животного хлорорганические пестициды откладываются в жировых тканях и длительное время ( до трёх месяцев ) выделяются с молоком.

       В растительных продуктах эти вредные вещества накапливаются в твёрдой части. Поэтому фрукты и овощи рекомендуется очищать и использовать для получения соков и вина, т.к. все пестециды остаются в мезге.

        Наиболее опасные хлорорганические соединения ( ДДТ, альдрил) в нашей стране запрещены к использованию в сельском хозяйстве.

Микотоксины.  Это токсины плесневых грибов (мико-грибы), обладают токсическим эффектом в чрезвычайно малых количествах, могут накапливаться в организме и проявлять свою деятельность через много лет. В основном поражаются грибами, образующими микотоксины, продукты растительного происхождения. Выделяют следующие представители плесневых грибов:Аспергиллус (Aspergillus), Пенициллиум ( Penicillium ) и Фузариум ( Fusarium ).

       Если продукты при хранении покрываются плесенью, то их лучше не счищать, а целиком выбросить, т.к. плесень и токсины могут проникать далеко в глубину продукта без изменения его вида, цвета и консистенции.

       Среди микотоксинов своими токсическими свойствами и широким распространением выделяются афлатоксины, охратоксины, трихотеценовые микотоксины, зеараленон, патулин.

        Один из наиболее опасных микотоксинов- афлатоксин, обладает концерогенным действием. Наиболее изучены афлатоксины, вырабатываемые грибом аспергил жёлтый. Они вызывают циротические изменения печени, практически не разрушаются в процессе обычной технологической или кулинарной обработки загрязнённых пищевых продуктов. Чаще всего встречаются в арахисе и кукурузе.

Патулин  обладает канцерогенным и мутагенным действием, чаще встречается в заплесневелых яблоках, облепихе, других фруктах, плодах и овощах, а так же в соках, джемах, приготовленных из заплесневелых плодов.

Зеараленон отличается от других микотоксинов наличием выраженных гормоноподобных свойств и отсутствием острого токсического действия. Загрязняет главным образом зерновые культуры. В животных продуктах микотоксины обнаруживаются в молоке в тех случаях, когда коровы сьедают плесневелые корма.

          Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)  составляют самую большую группу канцерогенных соединений ( более 200 ). Они широко распространены в окружающей среде и происходят из многих источников, основные из которых находятся в промышленных районах. Наиболее активными являются бензапирен, бензперилен, флуорантен, бензфлуорантен. ПАУ обнаруживаются в воде, воздухе, табачном и коптильном дыме, пищевых продуктах.

       Условия термической обработки пищевых продуктов имеют важное значение в накоплении бензопиренов ( БП ) В подгоревшей корке хлеба обнаружено до 0,5 мкг/кг БП, в подгоревшем бисквите-до 0,75мкг/кг. Продукты домашнего копчения могут содержать до50мкг\кг и более БП. Полимерные упаковочные материалы могут стать источником загрязнения ПАУ пищевых продуктов, особенно жиросодержащих продуктов. Например, жир молока экстрагирует до 95% БП из парафино-бумажных пакетов или стаканчиков.

         В итоге следует отметить, что большинство продуктов совершенно безопасны. Нарушение здоровья человека, связанное с пищей, более чем на 80% обязано пищевым отравлениям микробного происхождения, которые в данном случае не рассматривались.

         Нейтрализация вредных веществ пищи в организме человека происходит в печени, где работает ферментная система.

Контрольные вопросы

  1.  Как  можно классифицировать вредные вещества пищи?
  2.  Какие вещества относятся к природным токсикантам?
  3.  Что такое контаминанты?
  4.  Каковы причины загрязнения пищи тяжелыми металлами? Назовите наиболее опасные из них.
  5.  Какую опасность представляют микотоксины?
  6.  Назовите наиболее активные полициклические ароматические углеводороды. Каким образом происходит загрязнение пищевых продуктов ПАУ?

    

    

   

6 Биохимия пищеварения и основы рационального питания

6.1 Биохимия пищеварения

В организме человека вещества пищи подвергаются расщеплению до простейших соединений, из которых  строятся клетки и ткани самого организма. Таким образом, происходит процесс усвоения, который называется ассимиляцией. Одновременно с процессом ассимиляции в организме происходит процесс диссимиляции - распад веществ, входящих в состав клеток и тканей. Оба процесса  находятся в тесной взаимосвязи, совокупность их называется обменом веществ.

В организме взрослого человека процессы ассимиляции и диссимиляции находятся в состоянии динамического равновесия. При сдвиге равновесия в какую-либо сторону между поступлением веществ, их синтезом и выделением из организма возникают заболевания, связанные с нарушением обмена веществ, такие как избыточный вес, дистрофия, атеросклероз, преждевременное старение.

Переваривание пищи в организме человека происходит по трем основным типам: внеклеточное (полостное); внутриклеточное, мембранное.

Полостное (внеклеточное) пищеварение происходит в пищеварительных полостях – ротовой, желудочной, кишечной, - удаленных от секреторных клеток (слюнные железы, желудочные железы), которые синтезируют пищеварительные ферменты. Ферменты гидролизуют крупные агрегаты молекул пищи на более мелкие фрагменты, и происходит начальная стадия пищеварения.

Внутриклеточное пищеварение происходит внутри клетки. Мелкие агрегаты молекул пищи способны проникать через клеточные мембраны,  далее они гидролизуются под действием ферментов цитоплазмы, не выделяемыми за пределы клетки.  

Мембранное пищеварение происходит на границе клетки и сочетает особенности внеклеточного и внутриклеточного типов. В мембранном пищеварении так же участвуют гидролитические ферменты, но они находятся на поверхности слизистой кишечника. Кроме того, в мембранном пищеварении участвуют ферменты, которые продуцируют специальные клетки кишечника - энтероциты.

Одной из ключевых биологических закономерностей, определяющих процессы ассимиляции пищи, является правило соответствия : ферментные наборы организма находятся в соответствии с химическими структурами пищи. Нарушение этого соответствия служит причиной многих заболеваний. Общие представления об этом соответствии иллюстрирует таблица 2

В ходе основных этапов пищеварения идут механические, коллоидные, физико-химические и химические процессы.

Переработка пищи начинается в ротовой полости (см. рисунок 6.1). Здесь пища измельчается, смачивается слюной. Слюнные железы обеспечивают щелочную обработку углеводов пищи. Под действием фермента птиалина (амилазы) происходит частичное превращение крахмала сначала в декстрины, затем в мальтозу и глюкозу.

 Таблица 2. Пищеварительные ферменты человека и их специфичность

Ферменты

Оптимальное значение рН

Соответствует видам пищи

Не соответствует видам пищи

Переваривающие белки (протеазы)

Пепсин

Гастриксин

Трипсин

Химотрипсин

аминопептидазы

Карбоксипептидазы

Дипептидазы

1,0 –1,5

2,0 –3,0

8,0

8,0

8,0

8,0

8,0

Большинство белков глобулярной природы

То же

  •  « -
  •  « -

Пептиды с N- концевого аминокислотного остатка)

Пептиды с С-концевого аминокислотного остатка)

Дипептиды

Кератины, зластины, коллагены

Тоже

  •  « -
  •  « -
  •  « -

- « -

Переваривающие углеводы:

амилазы

Дисахаридазы

7,0

6,5 – 7,5

Крахмал, гликоген, другие усвояемые полисахариды

Сахароза, мальтоза, лактоза

Целлюлоза и гемицеллюлозы из-за наличия гликозидной связи

То же

Переваривающие жиры: липазы

8,0

Ацилглицерины

Воски

По пищеводу пища транспортируется к кардиальному клапану желудка, который открывается автоматически. Плотно закрывающийся вход в желудок обеспечивает свежесть дыхания и препятствует попаданию кислых компонентов желудка в пищевод (в противном случае - изжога). В желудке происходит обработка пищи желудочным соком. В состав желудочного сока входят в основном соляная кислота (0,4 - 0,5 %) и протеазы. Протеазы (пепсин и гастриксин, желатиназа) расщепляют белки до полипептидов различной степени сложности. При этом большое значение имеет соляная кислота, потому что она создает оптимальные рН для действия протеаз; вызывает набухание и денатурацию белков.

В желудке продолжается расщепление крахмала до тех пор, пока в комке пищи не образуется кислая среда (примерно 30 - 40 мин.). Пища находится в желудке 6 - 8 и более часов. Возможность эвакуации пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку (ДПК) контролируется мозгом через клапан - привратник.

1 - ротовая полость; 2 - пищевод; 3 - желудок; 4 - двенадцатиперстная кишка;

5 - тонкий кишечник; 6 - толстый кишечник;

Клапаны: 7 - кардиальный; 8 - привратник пилодический; 9 - дуоденоеюнальный; 10 - илеоцекальный.

В ДПК пища подвергается действию поджелудочного сока (панкреатического сока), желчи, а так же сока специальных желез, находящихся в слизистой оболочке этой же кишки.

Поджелудочный сок имеет рН 7,8 - 8,4 , так как содержит бикарбонаты. Сок поджелудочной железы очень богат пищеварительными ферментами, расщепляющими белки и полипептиды: трипсин, химотрипсин, эластаза, карбоксипептидаза и аминопентидаза. Под воздействием этих ферментов происходит дальнейшее превращение белков, начавшееся в желудке.

Названные ферменты в совокупности расщепляют все (или почти все) пептидные связи в молекулах пищевых белков до свободных аминокислот.

Кроме протеолитических ферментов в поджелудочном соке присутсвует липза, расщепляющая жиры на глицерин и жирные кислоты. Стимулятором ее действия является желчь, поступающая в ДПК из желчного пузыря. Желчь выполняет целый ряд функций: повышает активность липазы, эмульгирует жиры, участвует во всасывании жирных кислот, усиливает моторику (перстальтику) кишечника.

В поджелудочном соке так же присутствуют ферменты, заканчивающие расщепление углеводов: амилаза, рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза.

В тонкий кишечник пища поступает через дуоденоеюнальный клапан. Длина кишки 6 - 7 м, она расположена горизонтальными петлями по высоте брюшной полости в кольце толстого отдела кишечника. В этом отделе синтезируется значительное количество ферментов, в том числе энтерокиназа, которая является активатором всех протеолитических ферментов поджелудочного сока. В тонком кишечнике продолжается переваривание пищи: происходит разрушение дисахаридов с образованием моноз, дипептидов до аминокислот и липидов с образованием жирных кислот и глицерина. Большую роль здесь играют микроорганизмы, их состав и способность к пристеночному (мембранному) пищеварению.

Всасывающая поверхность тонкого кишечника очень велика (за 1 ч может всасываться до 3 л жидкости с растворенными веществами) за счет наличия микроворсинок - мельчайших нитевидных отростков.

Продукты расщепления пищевых веществ (моносахароза, аминокислоты) после всасывания в кишечнике попадают в кровь воротной вены, которая поступает в печень. В печени происходит обмен аминокислотами, синтез заменимых аминокислот и преобразование глюкозы в гликоген. Печень выполняет так же обезвреживающую роль по отношению к ядовитым веществам (индола, скатола, фенола и др.), которые могут поступать в кровь из полости кишечника. Детоксикация ядовитых веществ происходит обычно путем их окисления до менее опасных соединений.

В толстом отделе кишечника, длина которого составляет  1,5 – 4,0 м, пищеварение практически отсутствует. Здесь всасывается вода (до 95 %), соли, глюкоза, некоторые витамины и аминокислоты. В толстом отделе кишечника  обитает более 240 типов микроорганизмов плотностью до 30 - 40 миллиардов в каждом грамме содержимого.

Кишечная микрофлора является важным органом вторичного переваривания пищи. Ключевыми ее функциями являются :

синтез витаминов группы В, фолиевой и пантотеновой кислот, витаминов Н и К;

метаболизм желчных кислот с образованием нетоксичных метаболитов;

стимуляция иммунной реактивности  организма.

6.2 Основы рационального питания

Пища должна содержать более шестисот веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Каждое из этих веществ занимает свое место в комплексе биохимических процессов. Большинство веществ, получаемых с пищей обладают лечебными свойствами. Поэтому от того в каком количестве и в каких соотношениях содержатся эти вещества в рационе, зависит состояние здоровья человека.

При рациональном питании рацион должен быть построен с учетом индивидуальных особенностей организма (пола, возраста), характера труда и национальных особенностей.

Рациональное питание включает соблюдение трех основных принципов:

Обеспечение баланса энергии, поступающей с пищей и расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности.

Удовлетворение потребности в основных пищевых веществах.

Соблюдение режима питания.

Первый принцип. Баланс энергии. Вся необходимая организму энергия поступает исключительно с пищей. В процессе усвоения основных нутриентов (белков, жиров, углеводов) происходит высвобождение энергии и накопление ее в форме АТФ (аденозинтрифосфата). Установлено, что 1г белка пищи выделяет в результате такого обмена 4 ккал, жира - 3 ккал, углеводов - 4 ккал, органических кислот - 3 ккал. Зная содержание этих веществ в рационе можно подсчитать его энергетическую ценность. Организм человека расходует полученную с пищей энергию по трем направлениям:

основной обмен (1400 - 1600 ккал);

переваривание пищи (140 - 160 ккал);

все виды деятельности.

Данные приведены для мужчины в возрасте 30 лет, при массе тела 60-65 кг. Под основным обменом понимают минимальное количество энергии, необходимое человеку для поддержания жизни в состоянии полного покоя. У людей, постоянно испытывающих физические нагрузки, основной обмен выше на 30%, так же он выше в организме детей на 30 - 50 %.

При физической и умственной деятельности расход энергии неодинаков. Так, расход энергии в сутки:

для работников умственного труда - 2200-2600 ккал;

для работников физического труда - 2850-3000 ккал;

для работников тяжелого труда - 3900-4000 ккал.

Второй принцип. Оптимальное соотношение основных компонентов пищи. Для нормальной жизнедеятельности человека необходимо определенное соотношение белков, жиров и углеводов, а так же определенное количество микроэлементов пищи - витаминов и минеральных веществ.

Для взрослого человека согласно физиологическим нормам соотношение между белками, жирами и углеводами должно составлять 1 : 1,2 : 4.

Под пищевой ценностью продукта питания подразумевают степень удовлетворения суточной потребности человека в основных пищевых веществах и энергии за счет потребления 100г данного продукта.

Суточная потребность человека в основных пищевых веществах приведена в таблице 6.1.

Все полезные пищевые вещества, поступающие в организм человека можно разделить на две группы:

Незаменимые - это те, которые не синтезируются самим организмом или же синтезируются, но в недостаточных количествах. Считается, что к незаменимым пищевым веществам относятся: 8-10 аминокислот, 2 жирные кислоты, 17 витаминов и 16 неорганических элементов.

  •  Заменимые - это те, которые могут синтезироваться самим организмом.

При составлении пищевых рационов необходимо учитывать не только количество основного нутриента, но и его качественный состав, его сбалансированность. Так, белки животного происхождения, содержащие больше незаменимых кислот, в рационе взрослого человека должны составлять 50 - 60 % общего количества белка. Оценку сбалансированности основных незаменимых аминокислот производят по трем наиболее дефицитным аминокислотам: триптофану, лизину и метионину ( 1 : 3 : 3 ).

Из общего количества жиров в суточном рационе растительные жиры, как источник ненасыщенных кислот, должны составлять 25-30%. Рекомендуется следующая сбалансированность жирных кислот: полиненасыщенных - 10%; насыщенных - 30%, мононенасыщенных - 60%.

Соотношение углеводов для взрослого человека должно быть: крахмала - 75%, простых сахаров - 20%, клетчатки и пектиновых веществ - 5%.

Сбалансированность минеральных веществ наиболее изучена по кальцию, фосфору и магнию. Оптимальным соотношением между ними считается 1:1,5:0,75.

Третий принцип. Регулярность питания включает кратность приемов пищи, интервалы между ними, время приема пищи и распределение калорийности по приемам пищи. Оптимальной кратностью приема пищи является 3-х разовое. При нарушении режима питания, и в частности, кратности приема пищи, возникают различные желудочно-кишечные заболевания. Каждый прием пищи должен продолжаться не менее 20-30 мин, что позволяет принимать пищу медленно, хорошо смачивая слюной и пережевывая. Перерывы между приемами пищи не должны превышать 6ч., имеют значение и определенные часы приема пищи, что позволяет органам пищеварения приспособиться выделять достаточное количество пищеварительных соков.

Таблица 6.1

Суточная потребность человека в основных пищевых веществах

Основные пищевые вещества

Суточная

потребность

Белки, г

85

Жиры, г

102

Усвояемые углеводы, г

382

в том числе моно- и дисахориды

50-100

Минеральные вещества:

Кальций, мг

800

Фосфор, мг

1200

Магний, мг

400

Железо, мг

14

Калий, мг

2500-5000

Витамины:

В1 (тиамин), мг

1,7

В2 (рибофлавин), мг

2,0

РР (ниацин), мг

19,0

В6 (пиродиксин), мг

2,0

В12 (кобаломин), мкг

3,0

С (аскорбиновая кислота), мг

70

А (ретинол), мкг

1000

Е (токоферолы), мг

10,0

D (кальциферолл), мкг

2,5

Калорийность, ккал

2775

При трех разовом питании рекомендуется следующее распределение калорийности по приемам пищи: завтрак - 30%, обед - 45% и ужин - 25%. При любом режиме питания последний прием пищи должен производиться за 1,5-2 часа до сна.

Контрольные вопросы

  1.  Почему важно соблюдать режим питания?

2.Основные биохимические процессы, протекающие в ротовой полости, желудке, ДПК, тонком и толстом отделах кишечника.

3. Какую роль играют соляная кислота и желчь в пищеварении?

4. Основные принципы рационального питания.

5. Как должны быть сбалансированы белки, жиры и углеводы в рационе человека?

6. Как обеспечивается баланс энергии, поступающей с пищей и расходуемой человеком?

   

                       

  

 

 

           

                                                                                                                                             

Гидрофбные хвосты

Соединительное звено

Гидрофильная полярная головка

n

R


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34903. Типи економічної організації суспільства 22 KB
  Типи економічної організації суспільства Різні економічні системи сучасного світу розрізняються між собою як І і юологіями так і за своїм підходом до вирішення проблеми економії 1 її иення ефективності виробництва. Характеризується власністю на ресурси і використанням системи ринків і цін для економічної діяльності і керування нею що забезпечує ефективне їй ресурсів для задоволення потреб суспільства. ' мішані системи.
34904. Сутність економічного визначення ринку 31 KB
  Сутність економічного визначення ринку Конкуренція основний принцип функціонування ринку. Суб'єктами ринку є продавці і покупці домогосподарства і підприємства держава. Більшість суб'єктів ринку діють одночасно покупці і як продавці. Об'єктами ринку є товари вироблена продукція і послуги а і ресурси: земля праця капітал і підприємницькі здібності.
34905. Види ринків 21 KB
  Його можна класифікуваї за наступними ознаками: н 1 за суспільним поділом праці розрізняють ринок місцевиі Ч регіональний національний і міжнародний; 2 за типами власності приватний кооперативний державний; 3 за об'єктами ринкового обміну товарний праці товарів посл ноухау і фінансовий валютний фондовий...
34906. Факторы изменения спроса. Исключения из закона спроса 45 KB
  Исключения из закона спроса ФАКТОРЫ СПРОСА детерминанты спроса – факторы влияющие на величину спроса. Основным детерминантом является цена товара влияющая на спрос в соответствии с законом спроса. Кроме того существует ряд других факторов которые принято называть неценовыми факторами спроса.
34907. Факторы экономического роста 25.5 KB
  К факторам спроса следует отнести факторы способствующие увеличению совокупного спроса. Это заработная плата и иные доходы налоги на доходы и имущество предельная склонность к потреблению ставка банковского процента величина кассовых остатков и другие факторы определяющие спрос. Факторы распределения включают инфраструктуру страны по распределению и перераспределению ресурсов и продукции.
34908. Финансовая система государства. Понятия и функции 27 KB
  Финансовая система Российской Федерации представляет собой 4блочную систему: общегосударственные финансы; территориальные финансы; финансы хозяйствующих субъектов; финансы граждан. Главную роль в финансовой системе государства играют финансы хозяйствующих субъектов их задача заключается в формировании и использовании своих денежных средств.
34909. Функции и элементы налогов 25 KB
  Налоги образуют источник бюджетных доходов; Функция перераспределения ресурсов между отраслями. Налоги стимулируют одни виды деятельности и ограничивают другие; Функция перераспределения доходов между членами общества и достижения социальной справедливости. Люди с высокими доходами платят повышенные налоги а наиболее бедные напротив получают субсидии.
34910. Функции экономической теории 32.5 KB
  Такое изучение начинается с рассмотрения фактов массовых экономических данных особенностей поведения хозяйствующих субъектов что в западной экономической литературе обозначают термином описательная наука. Прогностическая функция экономической теории состоит в определении перспектив социальноэкономического развития на будущее. Изучая и систематизируя факты экономической действительности раскрывая содержание экономических категорий законов закономерностей экономическая теория позволяет прогнозировать экономическое развитие что дает...
34911. Функция предложения. Закон предложения. Факторы изменения предложения 50.5 KB
  Закон предложения. Факторы изменения предложения Функцией предложения называют зависимость объема предложения от определяющих его факторов: QS = fPPBPZRKCX где QS – объем предложения товара А в единицу времени; Р PB . Зависимость между ценой блага и максимальным объемом его предложения при прочих неизменных условиях называется функцией предложения по цене: QS= f P.