Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Роль белков в питании человека

Белки играют в питании человека чрезвычайно важную роль, поскольку являются самой главной составной частью клеток всех органов и тканей нашего организма. Белки, содержащиеся в пище, необходимы для построения новых клеток и тканей. Особенно в белках нуждается молодой растущий организм, а также пораженный каким-либо заболеванием. В последнем случае в организме возникает острая потребность в регенерации изношенных, отживших клеток, восстановить которые можно лишь с помощью белка. Количество требуемого белка пропорционально изнашиваемости тканей. Чем большую нагрузку испытывают мышцы, тем выше потребность в регенерации, а значит, и в потреблении белка.
Белки являются сложными азотсодержащими биополимерами. Их мономерами служат a-аминокислоты. В человеческом организме белки выполняют ряд функций: пластическую, транспортную, каталитическую, гормональную и функцию специфичности. Одной из наиболее важных функций является то, что белки обеспечивают организм пластическим материалом. К сожалению, организм человека практически лишен запасов белка, единственным источником их поступления являются продукты питания. Несомненно, в рацион питания должны входить продукты, содержащие белковый компонент.

Основное содержание белка отмечается в продуктах животного происхождения. Из растительных продуктов наиболее высоко содержание белка в бобовых культурах. Одно время, когда в Европу еще не был завезен картофель, бобовые блюда являлись основными в рационе питания всего населения. В настоящее время бобовые не пользуются популярностью, хотя в некоторых странах под выращивание бобов, фасоли и гороха отводятся большие площади. Очень богаты аминокислотами белки сои. Их скор равен или превышает 100% по шкале ВОЗ, за исключением серосодержащих аминокислот, скор которых составляет 71% от общего объема.

Все аминокислоты незаменимы для человеческого организма.

Соевые белки очень хорошо усваиваются организмом (на 90%), а также не уступают по анаболической эффективности белкам животного происхождения. Бобовые культуры (в том числе и соя) могут в некоторых случаях удачно заменить мясные продукты, что особенно актуально при хроническом гастрите (при его определенных формах). Блюда, приготовленные на основе бобовых, спокойнее воспринимаются больным желудком.

2. Проблема белкового дефицита на Земле

Белки или протеины - высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, молекулы которых построены из остатков в основном 20 б-аминокислот. Состав белковых молекул определяет их биологические функции, главными из которых являются структурная, каталитическая, транспортная, защитная, сократительная, гормональная и резервная. Если в организм человека с пищей поступает недостаточно аминокислот (в виде белков), то говорят об отрицательном азотистом балансе в организме человека, так как организм теряет больше азотистых веществ, чем синтезирует. Это явление характерно для людей, пища которых бедна белком, для больных с нарушениями процессов переваривания пищи и людей пожилого возраста. Положительный баланс азота характерен для молодого организма и беременных женщин. Для здорового взрослого человека, потребляющего полноценные белки в необходимом количестве азотистый баланс равен нулю. Средняя суточная физиологическая потребность человека в белке зависит от возраста, пола, физической нагрузки человека и др факторов. Величина оптимальной потребности в белке в пересчёте на 1 кг массы тела в сутки у взрослого человека в среднем равняется около 1,3 г, для детей, в зависимости от возраста, от 1,5-4,0 г. К сожалению сегодня в мире существует дефицит пищевого белка. Из 6 млрд. человек, живущих на Земле, приблизительно половина страдает от недостатка белка. Традиционными путями увеличения ресурсов пищевого белка является повышение производительности растениеводства (недостаток ч ограниченность посевных площадей), животноводства (недостаток ч низкая продуктивность на 1кг животного белка требуется 7кг растительного) и рыболовства (исчерпаемый ресурс).

В решении проблемы дефицита белка за последние два десятилетия определилось новое биотехнологическое направление - получение пищевых объектов с повышенным содержанием и улучшенным качеством белка методами генетической инженерии. Растения, животные и микроорганизмы, полученные генетической инженерией, называют генетически измененными, а продукты их переработки - трансгенными пищевыми продуктами. В то же время безопасность использования трансгенных пищевых продуктов зачастую подвергается критике и ставится под сомнение.

3. Белково-калорийная недостаточность и ее последствия. Пищевые аллергии

Белковая недостаточность является важнейшей проблемой питания. При частичном (или полном) голодании и при потреблении неполноценных белков у человека возможно развитие синдрома дистрофии. Это заболевание сопровождается нарушением функции кишечника, так как с надлежащей скоростью не синтезируются ферменты поджелудочной железы. Возникает порочный круг квашиоркора, характеризующийся прекращением процесса усвоения белка пищи.

В организме развивается отрицательный азотистый баланс, нарушается водно-солевой обмен, появляется атония мышц и остановка роста. Тяжелые последствия недостаточного поступления белка в организм человека невозможно лечить терапевтическими методами. Единственное решение проблемы - это употребление в пищу полноценных белков или белковых добавок. Отрицательную роль для человека играют пищевые аллергии, связанные с непереносимостью организмом отдельных видов белковой пищи (молоко, яйца, орехи, белки некоторых злаков). При нормальном пищеварении белки расщепляются в желудочно-кишечном тракте до аминокислот, которые не являются антигенами (аллергенами) и не вызывают ответной иммунной (защитной) реакции. Если в кровяное русло без предварительного расщепления через эпителий кишечника проникают белки пищи, особенно в значительном количестве, то на эти аллергены возникает острая реакция, проявляющаяся в зуде, кожных высыпаниях или желудочно-кишечных расстройствах. Предотвратить пищевую аллергию возможно нагреванием белковой пищи до 120°С с целью денатурации содержащихся в ней белков.

4. Основные функции некоторых аминокислот в организме

Аминокислоты - это первичные структурные блоки молекулы белка. С химической точки зрения аминокислоты являются амфотерными соединениями, так как в одной молекуле аминокислоты содержатся как минимум две функциональные группы основная (амино-) и кислотная (карбоксо-), которые при взаимодействии друг с другом образуют пептидные связи. Из 300 известных аминокислот в пищевых продуктах для человека существенную роль играют 20. Аминокислоты отличаются друг от друга структурой боковых цепей, от которой зависят химические, физические свойства и физиологические функции, образуемых ими белков.

Так серосодержащая аминокислота цистеин содержит сульфгидрильную группу, что определяет её способность окисляться и придаёт ей защитные свойства. Серин содержит активную гидроксильную группу; он входит в состав ряда гидролитических ферментов (трипсина, химотрипсина).Валин необходим для восстановления поврежденных тканей. Может быть использован мышцами в качестве источника энергии. Лизин -способствует росту костной ткани усвоению кальция. Аминокислоты цитрулин и орнитин участвуют вместе с аргинином в цикле образования мочевины у человека и животных. Ароматическая аминокислота тирозин является ответсвенной за окраску волос, кожи, глаз, тёмный цвет пищевых продуктов, например ржаного хлеба. Гетероциклическая аминокислота триптофан участвует в образовании гемоглобина, сывороточных белков, никотиновой кислоты.

Часть аминокислот играет роль медиаторов - веществ, принимающих участие в передаче нервных импульсов от одной нервной клетки к другой.

5. Пищевая и биологическая ценность белков

В организме человека синтезируется только часть аминокислот, другие должны доставляться с пищей. Первые из них называются заменимыми, вторые - незаменимыми. Жизнедеятельность человека обеспечивается ежедневным потреблением с пищей сбалансированной смеси, содержащей восемь незаменимых аминокислот и две частично заменимые (аргинин и гистидин). Незаменимые представлены ароматическими (фенилаланин, триптофан), алифатическими (лейцин, валин, изолейцин, лизин), а также содержащими серу (метионин) и гидроксильную группу (треонин). Отсутствие в пище хотя бы одной незаменимой аминокислоты приводит к неполному усвоению других, что в итоге приводит к тяжёлым клиническим последствиям. Для оценки аминокислотного состава белков в пищевом продукте используют показатель аминокислотного скора (АС). Скор выражают в процентах или безразмерной величиной, представляющей собой отношение содержания незаменимой аминокислоты (АК) в белке исследуемого пищевого продукта к ее количеству в эталонном «идеальном» белке.



,

Аминокислотный состав эталонного белка сбалансирован и идеально соответствует потребностям организма человека в каждой незаменимой кислоте, поэтому его еще называют «идеальным». Аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение, называется первой лимитирующей аминокислотой. Значение скора этой аминокислоты определяет биологическую ценность и степень усвоения белков. Другой метод определения биологической ценности белков заключается в определении индекса незаменимых аминокислот (ИНАК).Индекс рассчитывают по формуле:

,

где n - число аминокислот, шт;

б,э - содержание аминокислоты в белке изучаемого продукта и эталонном белке, соответственно.

Удельный вес незаменимых аминокислот в общем количестве белков животного происхождения составляет 4352%. В растительных продуктах их присутствие составляет лишь 3245%. К тому же, усвояемость их значительно снижена из-за прочной связи белков с клетчаткой. Если принять усвояемость белков молока за 100%, то усвояемость белков мяса составит 90%, картофеля - 80%, пшеницы - 50%, белков некоторых овощей - 2530%.Кроме того животные белки лучше сбалансированы по аминокислотному составу.

6. Важнейшие группы пептидов и их физиологическая роль

Пептиды - это олигомеры, составленные из остатков аминокислот. Они имеют невысокую молекулярную массу (содержание остатков аминокислот колеблется от нескольких штук до нескольких сотен).В организме пептиды образуются либо в процессе синтеза из аминокислот, либо при гидролизе (расщеплении) белковых молекул. На сегодня установлены физиологическое значение и функциональная роль наиболее распространенных групп пептидов, от которых зависят здоровье человека, органолептические и санитарно-гигиенические свойства пищевых продуктов.

Пептиды-буферы. В мышцах животных и человека обнаружены дипептиды, выполняющие буферные функции, то есть поддерживающие постоянный уровень рН.

Пептиды-гормоны. Гормоны - вещества органической природы, вырабатываемые клетками желез, регулируют деятельность отдельных органов, желез и организма в целом: сокращение гладкой мускулатуры организма и секреции молока молочными железами, регуляция деятельности щитовидной железы, активности роста организма, образования пигментов, обуславливающих цвет глаз, кожи, волос.

Нейропептиды. Это две группы пептидов (эндорфины и энкефалины), содержащихся в мозге человека и животных. Они определяют реакции поведения (боязнь, страх), влияют на процессы запоминания, обучения, регулируют сон, снимают боль.

Вазоактивные пептиды синтезируются из белков пищи в результате, они оказывают влияние на тонус сосудов.

Пептидные токсины представляют собой группу токсинов, вырабатываемых мироорганизмами, ядовитыми грибами, пчёлами, змеями, морскими моллюсками и скорпионами. Для пищевой промышленности они нежелательны. Наибольшую опасность представляют токсины микроорганизмов (золотистый стафилококк, бактерии ботулизма, сальмонеллы), в том числе грибков, которые развиваются в сырье, полуфабрикатах и готовых пищевых продуктах.

Пептиды-антибиотики. Представители данной группы пептидов бактериального или грибкового происхождения используется в борьбе с инфекционными заболеваниями, вызываемыми стрептококками, пневмококками, стафилококками и др. микроорганизмами.

Вкусовые пептиды - прежде всего это соединения со сладким или горьким вкусом. Пептиды горького вкуса образуются в молодых ещё незрелых ферментативных сырах. Пептиды со сладким вкусом (аспартам) используются в качестве заменителя сахара.

Протекторные пептиды выполняют защитные функции, прежде всего - антиокислительные.

7. Характеристика белков злаков

Пептиды, имеющие молекулярную массу более 5000 Да, и выполняющие ту или иную биологическую функцию, называются белками.

Функциональные свойства белков зависят от последовательности аминокислот в полипептидной цепи (так называемая первичная структура), а также от пространственной структуры полипептидной цепи (зависят от вторичной, третичной и четвертичной структур).

Разные продукты питания отличаются качественным и количественным содержанием белков.

В злаковых культурах содержание общего белка составляет 10ч20%. Анализируя аминокислотный состав суммарных белков различных злаковых культур следует отметить, что все они, за исключением овса, бедны лизином (2,2ч3,8%). Для белков пшеницы, сорго, ячменя и ржи характерно относительно небольшое количество метионина и цистеина (1,6ч1,7 мг/100 гбелка). Наиболее сбалансированными по аминокислотному составу являются овес, рожь и рис.



8. Характеристика белков бобовых культур

Пептиды, имеющие молекулярную массу более 5000 Да, и выполняющие ту или иную биологическую функцию, называются белками.

Функциональные свойства белков зависят от последовательности аминокислот в полипептидной цепи (так называемая первичная структура), а также от пространственной структуры полипептидной цепи (зависят от вторичной, третичной и четвертичной структур).

Разные продукты питания отличаются качественным и количественным содержанием белков.

В бобовых культурах (соя, горох, фасоль, вика) содержание общего белка высоко и составляет 20ч40%. Наиболее широкое применение получила соя. Её скор близок к единице по пяти аминокислотам, но при этом в сое содержится недостаточно триптофана, фенилаланина и тирозина и очень низкое содержание метионина.

9. Характеристика белков масличных культур

Пептиды, имеющие молекулярную массу более 5000 Да, и выполняющие ту или иную биологическую функцию, называются белками.

Функциональные свойства белков зависят от последовательности аминокислот в полипептидной цепи (так называемая первичная структура), а также от пространственной структуры полипептидной цепи (зависят от вторичной, третичной и четвертичной структур).

Разные продукты питания отличаются качественным и количественным содержанием белков.

В масличных культурах (подсолнечник, хлопчатник, рапс, лён, клещевина, кариандр) содержание общего белка составляет 14ч37%. При этом аминокислотный скор белков всех масличных (в меньшей степени хлопчатника) достаточно высок даже для лимитирующих кислот. Этот факт определяет целесообразность получения из масличного сырья концентрированных форм белка и создание на их основе новых форм белковой пищи.

10. Характеристика белков картофеля, овощей и плодов

Пептиды, имеющие молекулярную массу более 5000 Да, и выполняющие ту или иную биологическую функцию, называются белками.

Функциональные свойства белков зависят от последовательности аминокислот в полипептидной цепи (так называемая первичная структура), а также от пространственной структуры полипептидной цепи (зависят от вторичной, третичной и четвертичной структур).

Разные продукты питания отличаются качественным и количественным содержанием белков.

Относительно низкое содержание азотистых веществ в картофеле (около 2%), овощах (1ч2%) и плодах (0,4ч1,0%) указывают на незначительную роль этих видов пищевого растительного сырья в обеспечении продуктов питания белком.

11. Характеристика белков мяса и молока

Пептиды, имеющие молекулярную массу более 5000 Да, и выполняющие ту или иную биологическую функцию, называются белками.

Функциональные свойства белков зависят от последовательности аминокислот в полипептидной цепи (так называемая первичная структура), а также от пространственной структуры полипептидной цепи (зависят от вторичной, третичной и четвертичной структур).

Разные продукты питания отличаются качественным и количественным содержанием белков.

Мясо, молоко и получаемые из них продукты содержат необходимые организму белки, которые благоприятно сбалансированы и хорошо усваиваются (при этом показатель сбалансированности и усвоения у молока выше, чем у мяса). Содержание белка в мясных продуктах колеблется от 11 до 22%. Содержание белков в молоке колеблется от 2,9 до 3,5%.

12. Новые формы белковой пищи

Сегодня в условиях постоянно растущего общества и ограниченности ресурсов перед человеком стоит необходимость создания современных продуктов питания, обладающих функциональными свойствами и отвечающих требованиям науки о здоровом питании.

Новые формы белковой пищи - это продуты питания, получаемые на основе различных белковых фракций продовольственного сырья с применением научно обоснованных способов переработки, и имеющие определённый химический состав, структуру и свойства.

Широкое признание получили различные растительные белковые источники: зернобобовые, хлебные и крупяные и побочные продукты их переработки, масличные; овощи и бахчёвые, вегетативная масса растений.

При этом для производства белковых продуктов преимущественно используются соя и пшеница.

Продукты переработки соевых белков подразделяются на три группы, отличающиеся по содержанию белка: муку и крупу получают путём помола в них содержится 40ч45% белка от общей массы продукта; соевые концентраты получают путём удаления водорастворимых компонентов, они содержат 65ч70% белка; соевые изоляты получают экстракцией белка, они содержат не менее 90% белка.

На основе сои получают текстурированные белковые продукты, в которых соевые белки используют, например, вместо белков мяса. Гидролизованные соевые белки называются модифицированными. Их используют как функциональные и вкусовые добавки к пище.

Сегодня на основе сои также выпускают соевое молоко, соевый соус, тофу (соевый творог) и др. продукты питания.

Из пшеницы или пшеничной муки методом водной экстракции получают сухую пшеничную клейковину с содержанием белка 75ч80%.

В то же время наличие лимитирующих аминокислот в растительных белках определяет их неполноценность. Выходом здесь является совместное использование различных белков, что обеспечивает эффект взаимного обогащения. Если при этом достигают повышения аминокислотного скора каждой незаменимой лимитирующей аминокислоты по сравнению отдельным использованием исходных белков, то говорят об эффекте простого обогащения, если после смешивания аминокислотный скор каждой аминокислоты превышает 1,0, то - это эффект истинного обогащения. Использование подобных сбалансированных белковых комплексов обеспечивает повышение усвояемости растительных белков до 80ч100%.

13. Функциональные свойства белков

Белки и белковые концентраты находят широкое применение в производстве пищевых продуктов благодаря присущим им уникальным функциональным свойствам, под которыми понимают физико-химические характеристики, определяющие поведение белков при переработке в пищевые продукты и обеспечивающие определенную структуру, технологические и потребительские свойства готового продукта.

К наиболее важным функциональным свойствам белков относятся растворимость, водосвязывающая и жиросвязывающая способность, способность стабилизировать дисперсные системы (эмульсии, пены, суспензии), образовывать гели.

Растворимость - это первичный показатель оценки функциональных свойств белков, характеризуется количеством белка, переходящего в раствор. Растворимость в наибольшей степени зависит от присутствия нековалентных взаимодействий: гидрофобных, электростатических и водородных связей. Белки с высокой гидрофобностью хорошо взаимодействуют с липидами, с высокой гидрофильностью хорошо взаимодействуют с водой. Поскольку белки одного типа имеют одинаковый по знаку заряд, то они отталкиваются, что способствует их растворимости. Соответственно в изоэлектрическом состоянии, когда суммарный заряд белковой молекулы равен нулю, а степень диссоциации минимальна, белок обладает низкой растворимостью, даже может скоагулировать.

Водосвязывающая способность характеризуется адсорбцией воды при участии гидрофильных остатков аминокислот, жиросвязывающая - адсорбцией жира за счёт гидрофобных остатков. В среднем на 1 г белка может связывать и удерживать на своей поверхности 2ч4 г воды или жира.

Жироэмульгирующая и пенообразующая способность белков широко используются при получении жировых эмульсий и пен, то есть гетерогенных систем вода-масло, вода-газ. Благодаря наличию в белковых молекулах гидрофильных и гидрофобных зон они взаимодействуют не только с водой, но и с маслом и воздухом и, выступая в качестве оболочки на границе раздела двух сред, способствуют их распределению друг в друге, то есть созданию устойчивых систем.

Гелеобразующие свойства белков характеризуются способностью их коллоидного раствора из свободного диспергированного состояния переходить в связанодисперсное с образованием систем, обладающих свойствами твёрдых тел.

Вязко-эластично-упругие свойства белков зависят от их природы (глобулярные или фибрилярные), а также наличия функциональных групп, которыми белковые молекулы связываются между собой или с растворителем.



14. Превращения белков в технологическом потоке

Нативная трехмерная структура белков поддерживается разнообразием внутри- и межмолекулярных сил и поперечных связей. Любое изменение условий среды в технологических потоках производства пищевых продуктов оказывает влияние на связи молекулярной структуры и может привести к разрушению четвертичной, третичной и вторичной структуры. Этот процесс называется денатурацией.

Большинство белков денатурируются в присутствии сильных минеральных кислот или оснований, при нагревании, охлаждении, обработке поверхностно-активными веществами, мочевиной, солями тяжелых металлов (Ag, Pb, Hg) или органическими растворителями (этанолом, метанолом, ацетоном).

Большая часть белков денатурируется при температурах выше 60°С, однако встречаются и термостабильные белки (казеин и а-лактоальбулин молока и а-амилазы некоторых бактерий). Тепловая денатурация белков является одним из основных физико-химических процессов, лежащих в основе выпечки хлебобулочных изделий, сушки макаронных изделий, варки, жарения овощей, рыбы, мяса, консервирования, пастеризации и стерилизации молока. Данный вид превращений относится к полезным, так как он ускоряет переваривание белков в желудочно-кишечном тракте человека.

Однако при тепловой обработке продуктов выше 100°С со значительной скоростью протекает взаимодействие белков с восстанавливающими сахарами, сопровождающееся образованием карбонильных соединений и темноокрашенных продуктов - меланоидинов, при этом теряются незаменимые аминокислоты (лизин, треонин), что ухудшает пищевую ценность продукта.

Термическая обработка белоксодержащей пищи при температурах выше 120°С или при более низких, но в щелочной среде, приводит не к денатурации, а к разрушению (деструкции) макромолекул белка с отщеплением функциональных групп, расщеплением пептидных связей и образованием сероводорода, аммиака, углекислого газа и ряда более сложных соединений небелковой природы. Некоторые из них обладают мутогенными свойствами.

Наряду с денатурацией белков возможна их агрегация. Способность белков к формированию высоко агрегированных и надмолекулярных образований зависит от рН, ионной силы и состава среды.

С повышением рН от 4,0 до 9,1 агрегация белков злаковых культур (пшеницы, ржи, ячменя) повышается. Также агрегирующая способность белков повышается при увеличении концентрации нейтральных солей.

Дегидратация белков. Потеря белками связанной воды происходит под влиянием внешних воздействий: сушка продуктов питания, замораживание, хранение в замороженном состоянии и размораживание пищевых продуктов.

Коллоидное состояние белка. Белки обладают различной растворимостью. Одни белки растворяются в дистиллированной воде, другие - в слабых солевых растворах, третьи - в спирте. Некоторые белки нерастворимы.

Часто растворение белков в воде начинается с набухания. При этом белки поглощают воду и увеличиваются в массе в 1,52 раза.

Способность белка набухать зависит от многих факторов: рН раствора, введения солей, температуры и др. Минимальное набухание происходит в изоэлектрической точке и усиливается при сдвиге рН в кислую или щелочную сторону от изоэлектрической точки.

Растворение не всегда сопровождается набуханием, оно характерно для фибриллярных белков (глобулярные белки молока набухают незначительно). При растворении белков образуются коллоидные растворы золи (с диаметром частиц 0,001-0,1 мкм).



15. Общая характеристика углеводов

Углеводы - это класс соединений, образованных углеродом, водородом и кислородом, с наиболее часто встречающейся химической формулой Cn(H2O)m. По своей природе углеводы - это многоатомные спирты с наличием альдегидной (альдозы) или кетонной группы (кетозы).

Углеводы составляют три четверти биологического мира и примерно 60-80% калорийности пищевого рациона.

Согласно принятой в настоящее время классификации углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды обычно содержат от 3 до 9 атомов углерода, причем наиболее распространены пентозы и гексозы. Моносахариды присутствуют, как в развёрнутой, так и в циклической формах.

Среди моносахаридов широко известны глюкоза, фруктоза, галактоза.

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

Фруктоза (плодовый сахар) содержится в меде, фруктах; является составной частью сахарозы.

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

Полисахариды - это основной источник углеводов в пище человека и животных. Они подразделяются на полисахариды первого порядка (олигосахариды) и второго порядка (полиозы).

Олигосахариды содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. Наиболее распространенны дисахариды сахароза (обычный пищевой сахар) и лактоза содержится только в молоке и состоит из гaлактозы и глюкозы.

Полисахариды второго порядка можно разделить на гомополисахариды (состоят из моносахаридных единиц только одного типа) и гетерополисахариды (для них характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев).

Крахмал состоит из двух гомополисахаридов: линейного - амилозы (задействованы связи 1-4) и разветвленного - амилопектина (задействованы связи 1-6). Крахмал является главной составной частью пищи человека, содержится в хлебе, картофеле, крупах, овощах.

Гликоген - полисахарид, широко распространенный в тканях животных, близкий по своему строению к амилопектину.

Целлюлоза (или клетчатка) является одним из наиболее распространенных растительных гомополисахаридов. Она выполняет роль опорного материала растений, из нее строится жесткий скелет стеблей, листьев.

Слизи (содержатся в большом количестве в льняных семенах и в зерне ржи) и гумми (камеди - выделяемые в виде наплывов вишневыми, сливовыми или миндальными деревьями в местах повреждения ветвей и стволов).

Пектиновые вещества, содержащиеся в растительных соках и плодах, представляют собой гетерополисахариды. Пектины составляют основу фруктовых гелей.

16. Роль углеводов в организме человека

Углеводы являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. В результате биологического окисления углеводов (а также жиров и, в меньшей степени, белков) в организме освобождается энергия 16,7 кДж (4 ккал) из 1 г углеводов или белков, 37,76 кДж (9 ккал) из 1 г жиров.

Кроме того в организме углеводы и их производные входят в состав соединительной ткани; противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров; предотвращают свертывание крови в сосудах, препятствуют проникновению бактерий через клеточную оболочку и др.

Углеводные запасы человека очень ограничены, содержание их не превышает 1% массы тела. При интенсивной работе они быстро истощаются, поэтому углеводы должны поступать с пищей ежедневно. Суточная потребность человека в углеводах составляет 400-500 г, при этом примерно 80% приходится на крахмал.

С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы - моно- и олигосахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые - целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектин, гумми, слизи.

Все усваиваемые углеводы расщепляются в желудочно-кишечном тракте до моносахаридов, а моносахариды далее всасываются из кишечника в кровь. Неусваиваемые углеводы человеческим организмом не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют так называемые пищевые волокна. Пищевые волокна выполняют следующие функции в организме человека:

стимулируют моторную функцию кишечника;

препятствуют всасыванию холестерина;

играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов;

оказывают влияние на липидный обмен, нарушение которого приводит к ожирению;

адсорбируют желчные кислоты.

В настоящее время можно считать доказанным, что необходимо увеличивать в рационе пищевые волокна. Источником их являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г.



17. Усваиваемые и неусваиваемые углеводы

С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы - моно- и олигосахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые - целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектин, гумми, слизи.

Все усваиваемые углеводы расщепляются в желудочно-кишечном тракте до моносахаридов, а моносахариды далее всасываются из кишечника в кровь.

Неусваиваемые углеводы человеческим организмом не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют так называемые пищевые волокна. Пищевые волокна выполняют следующие функции в организме человека:

стимулируют моторную функцию кишечника;

препятствуют всасыванию холестерина;

играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов;

оказывают влияние на липидный обмен, нарушение которого приводит к ожирению;

адсорбируют желчные кислоты.

В настоящее время можно считать доказанным, что необходимо увеличивать в рационе пищевые волокна. Источником их являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г.

18. Реакции дегидратации и термической деградации углеводов

Эти реакции катализируются кислотами и щелочами и занимают важное место производстве пищевых продуктов. При дегидратации пентоз образуется в основном фурфурол, при дегидратации гексоз - оксиметилфурфурол и другие продукты. Некоторые из образующихся продуктов обладают определенным запахом и могут поэтому сообщать пищевому продукту желательный или нежелательный аромат.

При тепловой обработке некоторых пищевых продуктов могут образовываться в значительном количестве ангидросахара, особенно при обработке в сухом виде продуктов, содержащих D-глюкозу или полимеры на её основе.

При получении глюкозы кислотным гидролизом крахмала, который обычно проводят в сильнокислой среде при высокой температуре, могут в результате деградации углевода могут образовываться изомальтоза и гентиобиоза, что является нежелательным.

19. Реакции образования коричневых продуктов

Потемнение пищевых продуктов может иметь место в результате окислительных или неокислительных реакций. Неокислительное или неферментативное потемнение связано с реакциями углеводов и включает явление карамелизации и взаимодействие углеводов с белками или аминами (реакция Майяра).

Карамелизация. Прямой нагрев углеводов, особенно сахаров и сахарных сиропов, способствует протеканию комплекса реакций, называемых карамелизацией. Реакции катализируются небольшими концентрациями кислот, щелочей и некоторых солей. При этом образуются коричневые продукты с типичным карамельным ароматом. При этом основными являются реакция дегидратации с образованием ангидроколец или включение двойных связей в кольца углеводов. В результате образуются соединения, имеющие коричневый цвет.

Реакция Майяра (меланоидинобразование). Реакция Майяра является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых продуктов. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего сахара, аминного соединения (аминокислоты, белки) и немного воды.

На начальной стадии реакции Майяра карбонильный углерод редуцирующего сахара в открытой цепи подвергается нуклеофильной атаке свободной электронной парой аминного азота. Это сопровождается потерей воды и замыканием кольца с образованием глюкозоамина (рис. 2). Глюкозоамин подвергается перегруппировке по Амадори и переходит в аминокислоту (фруктозоамин). Продукты реакции, полученные при перегруппировке по Амадори, могут далее превращаться по двум путям: один - через дикарбонильные промежуточные соединения (дифруктозоамин), другой - через образование промежуточных дезоксигексозулоз. В обоих случаях образуются меланоидиновые пигменты.

Поскольку в реакции Майяра участвуют белки и аминокислоты, очевидно, что имеет место определенная их потеря, как нутриента питания и снижение пищевой ценности продукта.

Протекание реакции меланоидинообразования можно ингибировать снижением рН ниже 6 ед., обеспечением в продукте очень низкой или высокой «активности воды», снижением температуры технологического процесса, снижением концентрации сахара (разведением) или его полным удалением, например, путём окисления.

20. Окисление углеводов

Действие окислителей. При определенных условиях возможно окисление углеводов в альдоновые кислоты, причем в-форма окисляется быстрее, чем б-форма. Продуктом окисления является лактон, который находится в равновесии со свободной формой альдоновой кислоты.

Глюконо-в-лактон может присутствовать в пищевых продуктах в умеренно кислой среде, когда имеет место медленная реакция, например, при получении некоторых молочных продуктов.

При действии более сильных окислителей (например, азотной кислоты) образуются дикарбоновые кислоты.

Окисление, катализируемое ферментами. Здесь прежде всего следует сказать об окислении глюкозы под воздействием глюкозооксидазы.

21. Процессы брожения

Брожение - процесс с участием углеводов, используемый в ряде пищевых технологий: в производстве кисломолочных продуктов, пива, кваса, спирта, вина, во время тестоприготовления. Различают несколько видов брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое, пропионовокислое и маслянокислое. Наибольшее практическое значение в пищевой промышленности имеют спиртовое и молочнокислое брожение.

Спиртовое брожение осуществляется благодаря жизнедеятельности ряда микроорганизмов. Наиболее типичными организмами спиртового брожения являются дрожжи рода Saccharomyces. Суммарно спиртовое брожение может быть выражено следующим уравнением:

С6Н12О6 = 2СО2 + 2С2Н5ОН

В реальном процессе спиртового брожения, кроме главных продуктов - этилового спирта и углекислого газа, всегда в незначительном количестве образуются другие спирты, а также карбоновые кислоты, от наличия которых зависит специфический аромат вина, пива и других спиртных напитков.

Другой вид брожения, важный для пищевых технологий, это молочнокислое брожение, при котором из одной молекулы гексозы образуются две молекулы молочной кислоты:

Молочнокислое брожение играет очень большую роль при производстве молочнокислых продуктов (простокваши, ацидофилина, кефира, кумыса, творога, кисломолочных сыров), при изготовлении кваса, хлебных заквасок и «жидких дрожжей» для хлебопечения, при квашении капусты, огурцов, при силосовании кормов.

Все микроорганизмы, вызывающие молочнокислое брожение, разделяются на две группы.

К первой группе принадлежат микроорганизмы, подобные Lactococcus lactis, сбраживающие гексозы в точном соответствии с вышеприведенным суммарным уравнением молочнокислого брожения. Их называют гомоферментативными молочнокислыми бактериями.

Вторую группу образуют гетероферментативные молочнокислые бактерии, которые, кроме молочной кислоты, образуют значительные количества других продуктов, в частности, уксусной кислоты и этилового спирта.

22. Функции моносахаридов и олигосахаридов в пищевых продуктах

Как и для белков у углеводов главной функциональной особенностью является гидрофильность. Гидрофильность углеовдов обусловлена наличием многочисленных ОН-групп, которые взаимодействуют с молекулами воды, что приводит к растворению углеводов.

Эффект связывания воды в значительной степени зависит от структуры углевода. Так, например, фруктоза значительно более гигроскопична, чем глюкоза, хотя они имеют и одинаковое число гидроксильных групп. А сахароза гораздо более гигроскопична чем лактоза или мальтоза. Различная водосвязывающая способность углеводов позволяет их целенаправленно использовать в различных технологиях.

Например, замороженные пекарские изделия не должны содержать больших количеств абсорбированной влаги, поэтому в этих изделиях целесообразно использовать лактозу или мальтозу. В других случаях, когда нежелательна потеря влаги в продуктах при хранении желательно использовать гигроскопичные сахара, например, фруктозные сиропы.

Углеводы могут связывать летучие ароматические вещества и способствуют сохранению цвета продуктов, что особенно важно в процессах сушки. Способность к связыванию ароматических веществ у олигосахаридов (циклодекстрины, гуммиарабик) выражена в большей степени, чем у моносахаридов.

Под действием высоких температур углеводы в пищевых продуктах участвуют в реакциях образования коричневых веществ - это реакции карамелизации и меланоидинообразования. При этом образуются и ароматические вещества, имитирующие карамельный аромат, аромат ржаного хлеба, шоколада, запах картофеля или жареного мяса. Протекание подобных реакций необходимо учитывать, так как они могут быть и нежелательными.

Важной функцией низкомолекулярных углеводов в пищевых продуктах является их сладость. Если принять сладость сахарозы за 100ед., то сладость глюкозы составит 74ед., фруктозы - 180ед., лактозы - 32ед., а у заменителей сахара аспартам - 180ед, сахарин - 500ед.

23. Структурно-функциональные свойства полисахаридов

Все полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, в первую очередь, водородных. Неусваиваемые полисахариды целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые компоненты клеточных стенок овощей, фруктов и семян придают многим продуктам твердость, хрупкость, плотность, обеспечивают загустевание, вязкость, липкость, гелеобразование, ощущения во рту.

В принципе, полисахариды должны быть растворимы, поскольку они состоят из гликозидных единиц (гексоз или пентоз), содержащих несколько точек для образования водородных связей с молекулами воды, что и определяет растворимость. Однако отдельные молекулы полисахаридов соединяются водородными связями друг с другом и образуют устойчивые нерастворимые кристаллические структуры. В первую очередь это относится к целлюлозе.

Подобные свойства могут проявляться и в растворах полисахаридов, когда отдельные молекулы соединяются между собой с образованием седиментационно неустойчивых частиц. Примером тому является кристаллизация (ретроградация) молекул крахмала. При этом процесс вытеснения воды из молекул крахмала называется синерезисом.

Однако когда молекулы полисахарида связываются между собой не плотно, а только по отдельным зонам, то они образуют трёхмерную сетку с растворителем - гель.

В случае, когда сетка геля содержит малое количество соединительных зон, такой гель называют слабым. Он легко разрушается под внешним давлением или при небольшом увеличении температуры. Если в сетке геля количество соединительных зон велико, то такие гели (твёрдые) могут противостоять внешнему давлению, а также они термоустойчивы.

В растворах разветвлённых полисахаридов, а также заряженных полисахаридов (содержат электролитические группы СООН) количество соединительных зон между молекулами слишком мало, поэтому такие растворы не превращаются в гели, а лишь обладают повышенной вязкостью. При этом вязкость раствора пропорциональна размеру молекулы и её заряду: линейные и заряженные полисахариды образуют более вязкие растворы.

Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. Крахмалы являются хорошими загустителями и в горячей воде образуют вязкие клестеры. Однако при хранении и замораживании крахмалосодержащих продуктов возможна ретроградация, что приводит к появлению волокнистой структуры продукта и его черствению.

Модифицированные крахмалы получают из природного крахмала, они обладают улучшенными функциональными свойствами и образуют более устойчивые клейстеры и гели.

Целлюлоза нерастворима в воде. В пищевых продуктах используют гидролизаты целлюлозы (микрокристаллическую целлюлозу) в начинках, пудингах, мягких сырах, фруктовых желе, пекарских изделиях, мороженом и различных замороженных десертах.

Гемицеллюлозы - класс структурных полисахаридов, растительного происхождения. Они хорошо связывают воду и, тем самым, способствуют улучшению качества теста, а также препятствуют черствению готовых хлебобулочных изделий.

Пектин - класс структурных полисахаридов, растительного происхождения. Они хорошо связывают воду и обладают хорошей желирующей и гелеобразующей способностью, поэтому широко используется в производстве кондитерских изделий, фруктовых желе, джемов.

24. Функции крахмала в пищевых продуктах

Все полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, в первую очередь, водородных. Неусваиваемые полисахариды целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые компоненты клеточных стенок овощей, фруктов и семян придают многим продуктам твердость, хрупкость, плотность, обеспечивают загустевание, вязкость, липкость, гелеобразование, ощущения во рту.

В принципе, полисахариды должны быть растворимы, поскольку они состоят из гликозидных единиц (гексоз или пентоз), содержащих несколько точек для образования водородных связей с молекулами воды, что и определяет растворимость. Однако отдельные молекулы полисахаридов соединяются водородными связями друг с другом и образуют устойчивые нерастворимые кристаллические структуры. В первую очередь это относится к целлюлозе.

Подобные свойства могут проявляться и в растворах полисахаридов, когда отдельные молекулы соединяются между собой с образованием седиментационно неустойчивых частиц. Примером тому является кристаллизация (ретроградация) молекул крахмала. При этом процесс вытеснения воды из молекул крахмала называется синерезисом.

Однако когда молекулы полисахарида связываются между собой не плотно, а только по отдельным зонам, то они образуют трёхмерную сетку с растворителем - гель.

В случае, когда сетка геля содержит малое количество соединительных зон, такой гель называют слабым. Он легко разрушается под внешним давлением или при небольшом увеличении температуры. Если в сетке геля количество соединительных зон велико, то такие гели (твёрдые) могут противостоять внешнему давлению, а также они термоустойчивы.

В растворах разветвлённых полисахаридов, а также заряженных полисахаридов (содержат электролитические группы СООН) количество соединительных зон между молекулами слишком мало, поэтому такие растворы не превращаются в гели, а лишь обладают повышенной вязкостью. При этом вязкость раствора пропорциональна размеру молекулы и её заряду: линейные и заряженные полисахариды образуют более вязкие растворы.

Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. Крахмалы являются хорошими загустителями и в горячей воде образуют вязкие клестеры. Однако при хранении и замораживании крахмалосодержащих продуктов возможна ретроградация, что приводит к появлению волокнистой структуры продукта и его черствению.



25. Функции модифицированных крахмала в пищевых продуктах

Все полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, в первую очередь, водородных. Неусваиваемые полисахариды целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые компоненты клеточных стенок овощей, фруктов и семян придают многим продуктам твердость, хрупкость, плотность, обеспечивают загустевание, вязкость, липкость, гелеобразование, ощущения во рту.

В принципе, полисахариды должны быть растворимы, поскольку они состоят из гликозидных единиц (гексоз или пентоз), содержащих несколько точек для образования водородных связей с молекулами воды, что и определяет растворимость. Однако отдельные молекулы полисахаридов соединяются водородными связями друг с другом и образуют устойчивые нерастворимые кристаллические структуры. В первую очередь это относится к целлюлозе.

Подобные свойства могут проявляться и в растворах полисахаридов, когда отдельные молекулы соединяются между собой с образованием седиментационно неустойчивых частиц. Примером тому является кристаллизация (ретроградация) молекул крахмала. При этом процесс вытеснения воды из молекул крахмала называется синерезисом.

Однако когда молекулы полисахарида связываются между собой не плотно, а только по отдельным зонам, то они образуют трёхмерную сетку с растворителем - гель.

В случае, когда сетка геля содержит малое количество соединительных зон, такой гель называют слабым. Он легко разрушается под внешним давлением или при небольшом увеличении температуры. Если в сетке геля количество соединительных зон велико, то такие гели (твёрдые) могут противостоять внешнему давлению, а также они термоустойчивы.

В растворах разветвлённых полисахаридов, а также заряженных полисахаридов (содержат электролитические группы СООН) количество соединительных зон между молекулами слишком мало, поэтому такие растворы не превращаются в гели, а лишь обладают повышенной вязкостью. При этом вязкость раствора пропорциональна размеру молекулы и её заряду: линейные и заряженные полисахариды образуют более вязкие растворы.

Модифицированные крахмалы получают из природного крахмала, они обладают улучшенными функциональными свойствами и образуют более устойчивые клейстеры и гели.

26. Функции целлюлоза и гемицеллюлозы в пищевых продуктах

Все полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, в первую очередь, водородных. Неусваиваемые полисахариды целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые компоненты клеточных стенок овощей, фруктов и семян придают многим продуктам твердость, хрупкость, плотность, обеспечивают загустевание, вязкость, липкость, гелеобразование, ощущения во рту.

В принципе, полисахариды должны быть растворимы, поскольку они состоят из гликозидных единиц (гексоз или пентоз), содержащих несколько точек для образования водородных связей с молекулами воды, что и определяет растворимость. Однако отдельные молекулы полисахаридов соединяются водородными связями друг с другом и образуют устойчивые нерастворимые кристаллические структуры. В первую очередь это относится к целлюлозе.

Подобные свойства могут проявляться и в растворах полисахаридов, когда отдельные молекулы соединяются между собой с образованием седиментационно неустойчивых частиц. Примером тому является кристаллизация (ретроградация) молекул крахмала. При этом процесс вытеснения воды из молекул крахмала называется синерезисом.

Однако когда молекулы полисахарида связываются между собой не плотно, а только по отдельным зонам, то они образуют трёхмерную сетку с растворителем - гель.

В случае, когда сетка геля содержит малое количество соединительных зон, такой гель называют слабым. Он легко разрушается под внешним давлением или при небольшом увеличении температуры. Если в сетке геля количество соединительных зон велико, то такие гели (твёрдые) могут противостоять внешнему давлению, а также они термоустойчивы.

В растворах разветвлённых полисахаридов, а также заряженных полисахаридов (содержат электролитические группы СООН) количество соединительных зон между молекулами слишком мало, поэтому такие растворы не превращаются в гели, а лишь обладают повышенной вязкостью. При этом вязкость раствора пропорциональна размеру молекулы и её заряду: линейные и заряженные полисахариды образуют более вязкие растворы.

Целлюлоза нерастворима в воде. В пищевых продуктах используют гидролизаты целлюлозы (микрокристаллическую целлюлозу) в начинках, пудингах, мягких сырах, фруктовых желе, пекарских изделиях, мороженом и различных замороженных десертах.

Гемицеллюлозы - класс структурных полисахаридов, растительного происхождения. Они хорошо связывают воду и, тем самым, способствуют улучшению качества теста, а также препятствуют черствению готовых хлебобулочных изделий.

...