Роль белков в питании человека

61. Ферментативные методы анализа пищевых продуктов

В основе ферментативного анализа лежат природные биохимические процессы обмена веществ, которые воспроизводятся in vitro: реакция фермента с субстратом, причем в качестве субстрата выступает анализируемое вещество пробы.

Основными преимуществами применения ферментативных методов в научных исследованиях, при разработке новых пищевых технологий и биотехнологических процессов, а также при анализе качества, идентификации и установления фальсификации продуктов питания и пищевого сырья являются:

1. Высокая специфичность и достоверность результатов. Высокоспецифичные ферментативные методы анализа дают, как правило, более достоверные результаты, чем неспецифические химические методы. Специфичность действия ферментов, основанная на комплементарности пространственной конфигурации активного центра и субстрата является гарантом достоверности и надежности ферментативного метода при исследовании отдельных соединений в многокомпонентных смесях, имеющих сложный состав и строение, таких, какими и являются пищевые продукты.

Простые способы подготовки проб, которые исключают потерю исследуемых компонентов. Основная задача, которую необходимо выполнить при подготовке пробы, -- по возможности наиболее полно сохранить для анализа исследуемый компонент без его количественной потери или изменения структуры. В некоторых случаях возможен прямой анализ пробы без ее предварительной подготовки (например, при абсолютной специфичности фермента к исследуемому веществу и отсутствии в пробе каких-либо мешающих факторов).Обычно же для ферментативного анализа используются простые и хорошо известные способы подготовки проб, такие как: разбавление, фильтрация (центрифугирование), нейтрализация (подкисление), экстракция, обезжиривание, осветление, обесцвечивание. Только в определенных случаях применяют специальные способы подготовки проб, например, при определении водонерастворимых соединений (холестерин, лецитин, крахмал), нестабильной L-аскорбиновой кислоты в твердых материалах и др.

3. Простая и быстрая процедура измерений, которая исключает использование дорогостоящего оборудования. В конце реакции (через определенный промежуток времени) повторно из меряют оптическую плотность тестовой системы. В большинстве ферментативных определений используют фотометрические способы измерения результатов. Для этого все компоненты искусственной тестовой системы, например, буфер, коферменты, активаторы, вспомогательные ферменты и пробу смешивают в фотометрической кювете. После измерения начальной оптической плотности добавляют стартовый фермент, который инициирует реакцию. В
конце реакции (через определенный промежуток времени) повторно измеряют оптическую плотность тестовой системы. . Из разницы оптических плотностей в начале и в конце реакции рассчитывают концентрацию С (г/л) искомого соединения.

4. Высокая чувствительность метода и хорошая воспроизводимость результатов. Высокая чувствительность позволяет использовать ферментативные методы для определения следовых количеств веществ.

Области применения ферментативного анализа на практике многообразны. Это и производственный контроль, и контроль качества готовой продукции, а также контроль сырья, анализ состава пищевого продукта с целью установления их свойств и соответствия законодательным нормам, оценка гигиенического статуса, идентификация и установление фальсификации.

62. Назначение пищевых добавок и их классификация

Пищевые добавки - природные, идентичные природным или искусственные (синтетические) вещества, сами по себе не употребляемые как пищевой продукт или обычный компонент пищи. Они преднамеренно добавляются в пищевые системы по технологическим соображениям на различных этапах производства, хранения, транспортировки готовых продуктов с целью улучшения или облегчения производственного процесса или отдельных его операций, увеличения стойкости продукта к различным видам порчи, сохранения структуры и внешнего вида продукта или намеренного изменения органолептических свойств.

К пищевым добавкам не относят соединения, повышающие пищевую ценность продуктов питания и причисляемые к группе биологически активных веществ, такие как витамины, микроэлементы, аминокислоты и др.

Существует различие между пищевыми добавками и вспомогательными материалами, употребляемыми в ходе технологического процесса. Вспомогательные материалы - любые вещества или материалы, которые, не являясь пищевыми ингредиентами, преднамеренно используются при переработке сырья и получении продукции с целью улучшения технологии; в готовых пищевых продуктах вспомогательные материалы должны полностью отсутствовать (оксид кальция, диоксид серы и углерода в производстве сахара). Пищевые добавки употребляются человеком в течение многих веков (соль, перец, гвоздика, мускатный орех, корица, мед), однако широкое их использование началось в конце XIX в.

Число пищевых добавок, применяемых в производстве пищевых продуктов в разных странах, достигает сегодня 500 наименований. Для гармонизации их использования разработана рациональная система цифровой кодификации пищевых добавок с литерой «Е». Каждой пищевой добавке присвоен цифровой трех- или четырехзначный номер.

В нашей Республике допустимо использование не всех пищевых добавок.

Применение разрешённых пищевых добавок допустимо только в том случае, если они даже при длительном потреблении в составе продукта не угрожают здоровью человека, и при условии, если поставленные технологические задачи не могут быть решены иным путем.

Пищевые добавки должны вноситься в пищевые продукты в минимально необходимом для достижения технологического эффекта количестве, но не более установленных Санитарными правилами пределов.



63. Вещества, улучшающие внешний вид пищевых продуктов

Пищевые красители

Основной группой веществ, определяющих внешний вид продуктов питания, являются пищевые красители (Е100-Е182).

Потребитель давно привык к определенному цвету пищевых продуктов, связывая с ним их качество, поэтому красители в пищевой промышленности применяются с давних времен. В условиях современных пищевых технологий, включающих различные виды термической обработки (кипячение, стерилизацию, жарение и т. д.), а также при хранении продукты питания часто изменяют свою первоначальную, привычную для потребителя окраску, а иногда приобретают неэстетичный внешний вид, что делает их менее привлекательными.

Для окраски пищевых продуктов используют натуральные (природные) или синтетические (органические и неорганические) красители.

Натуральные красители являются более безопасными их обычно выделяют из природных источников (растения, отходы их переработки) в виде смеси различных по своей химической природе соединений, состав которой зависит от источника и технологии получения, в связи с чем обеспечить его постоянство часто бывает трудно. Среди натуральных красителей необходимо отметить каротиноиды (красно-жёлтый цвет), антоцианы (красный, пурпурно-красный цвет), флавоноиды (жёлтый, красный цвет), хлорофиллы (зелёный цвет).

Природные красители, в том числе и модифицированные, чувствительны к действию кислорода воздуха (например, каротиноиды), кислот и щелочей (например, антоцианы), температуры, могут подвергаться микробиологической порче.

Синтетические красители обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с большинством натуральных красителей. Они дают яркие, легко воспроизводимые цвета и менее чувствительны к различным видам воздействия, которым подвергается материал в ходе технологического потока.

Синтетические пищевые красители - это представители нескольких классов органических соединений: азокрасители; хинолиновые; индигоидные красители.

В пищевой промышленности применяются соединения, изменяющие окраску продукта в результате взаимодействия с компонентами сырья и готовых продуктов. Среди них отбеливающие вещества (диоксид серы) или вещества, стабилизирующие окраску (нитрат натрия, нитриты натрия и калия стабилизируют красный цвет мяса и мясных продуктов). Иногда эти цветокорректирующие материалы оказывают и другое, сопутствующее (например, консервирующее) действие. Наиболее часто используемые цветокорректирующие материалы - диоксид серы, нитрат и нитрит калия и натрия.

64. Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов

К этой группе пищевых добавок относятся вещества, используемые для создания необходимых реологических свойств пищевых продуктов, т. е. добавки, регулирующие или формирующие консистенцию. Это - загустители, гелеобразователи, стабилизаторы физического состояния пищевых продуктов, а также поверхностно-активные вещества (эмульгаторы и пенообразователи).

Загустители - это вещества, используемые для повышения вязкости продукта.

Гелеобразователи - это вещества, придающие пищевому продукту свойства геля.

Действие, как загустителей, так и гелеобразователей основано на связывании свободной влаги, что и приводит к стабилизации пищевой системы. В химическом отношении добавки этой группы являются полимерными соединениями в основном полисахаридами (исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу), в макромолекулах которых равномерно распределены гидрофильные группы, взаимодействующие с водой. К основным представителям этой группы пищевых добавок относятся модифицированные крахмалы и целлюлозы, пектины, полисахариды морских водорослей и некоторые другие.

Модифицированные крахмалы. В отличие от нативных растительных крахмалов, считающихся пищевыми продуктами, модифицированные крахмалы (Е1400 - Е1451) относятся к пищевым добавкам. По сравнению с нативным крахмалом они образуют легко и быстро формирующиеся клейстеры, устойчивые к нагреванию, воздействию кислот и устойчивые к ретроградации (хорошо удерживают дисперсионную среду).

Целлюлоза и ее производные. В группу пищевых добавок целлюлозной природы (Е460-Е467) входят модифицированные формы натуральной целлюлозы (метилэтилцеллюлоза, метилгидроксипропилцеллюлоза и др.). Они подобно целлюлозе имеют линейную структуру, но в отличие от нативной целлюлозы её модификации содержат сложные и простые эфирные связи, наличие которых позволяет модифицированным целлюлоза в отличие от нативной растворяться в воде и не выкристаллизовываться.

Пектины входят в состав клеточных стенок и межклеточных образований растений, где находятся в связанном состоянии с волокнами целлюлозы -«протопектин». В промышленности пектины получают кислотным или ферментативным гидролизом «протопектина».

Пектины - это этерифицированные соединения (содержат, карбоксильные, спиртовые, алкильные группы). Пектины являются хорошими гелеобразователями, при этом гелеобразующая способность лучше выражена у низкоэтерифицированных пектинов. В то же время, высокоэтерифицированные пектины лучше растворяются.

Традиционно модифицированные крахмалы, мод. целлюлоза и пектины используются при изготовлении хлебобулочных и кондитерских изделий, молочных и низкожирных эмульсионных продуктов, а также безалкогольных напитков.

Полисахариды морских растений. К ним относятся агароиды и каррагинаны. Их получают из красных морских водорослей, произрастающих в Белом море, Тихом и Атлантическом океанах. Эти добавки являются типичными гелеобразователями. Используется в производстве желе, мармелада.

Желатин - гелеобразователь белковой природы. Получают желатин из коллагена, содержащегося в костях, хрящах и сухожилиях убойных животных. Желатин является типичным гелеобразователем, широко используется при получении пудингов и заливных блюд.

Эмульгаторы - вещества, способные образовывать и стабилизировать эмульсию, что обеспечивает возможность создания и сохранения дисперсии двух или более несмешивающихся веществ. В качестве эмульгаторов в первую очередь использовали камеди, лецитин, моно- и диглицериды, эфиры полиглицерина, эфиры сахарозы и др. Основная область применения эмульгаторов - масложировая промышленность.

Пенообразователи - это разновидность эмульгаторов, обеспечивающих равномерную диффузию газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые продукты. Пенообразователями являются ПАВы (фосфолипиды и другие эфиры), белки. Применяются пенообразователи в производстве кондитерских изделий, взбитых десертов, молочных коктейлей, пива.

65. Вещества, влияющие на вкус и аромат пищевых продуктов

При оценке пищевых продуктов особое внимание потребитель уделяет их вкусу и аромату. Физиология питания рассматривает вкусовые и ароматообразующие вещества как важные компоненты пищи, улучшающие пищеварение за счет активации секреции пищеварительных желез, способствующие оздоровлению микрофлоры кишечника.

Вкус и аромат продуктов питания определяются многими факторами. К числу основных относятся следующие:

Вкусоароматические компоненты в составе сырья.

Вкусовые вещества, специально вносимые в пищевые системы в ходе технологического потока. Среди них: подслащивающие вещества, эфирные масла, душистые вещества, ароматизаторы, пряности, поваренная соль, пищевые кислоты и подщелачивающие соединения, усилители вкуса и аромата.

Вещества,возникающие в результате разнообразных химических, биохимических и микробиологических процессов, протекающих при получении пищевых продуктов под влиянием различных факторов.

Подслащивающие вещества

В пищевой промышленности, кулинарии, при приготовлении пищи в домашних условиях с давних времен широко применяются вещества, обладающие сладким вкусом, - подслащивающие вещества (подсластители). Существуют различные их классификации: по калорийности (высококалорийные, низкокалорийные, практически некалорийные), степени сладости (подсластители с высоким или низким сахарным эквивалентом), по химическому составу и т. д.

Мед - продукт переработки цветочного нектара медоносных цветов пчелами; Он в основном состоит из моно- и дисахаридов (в том числе около 40% фруктозы, 35% глюкозы и 2% сахарозы) и на 5,5% - из крахмала. Мёд богат витаминами С, В6 и В9, железом, йодом и фтором.

Сахаристые крахмалопродукты

В пищевой промышленности возрастает производство и потребление разнообразных сахаристых крахмалопродуктов, получаемых путем гидролиза крахмала: крахмальные патоки, глюкоза, фруктоза или их сиропы.

К группе подслащивающих веществ относятся солодовый экстракт (водная вытяжка из ячменного солода), лактоза (молочный сахар, дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы).

В последнее время с учетом требований науки о питании получило интенсивное развитие производство низкокалорийных продуктов, содержащие вместо сахарозы подсластители (миракулин, монелин, тауматин, стевиозид) и сахарозаменители (ксилит, сорбит, лактит, сахарин, ацесульфам калия, аспартам). Не имея глюкозного фрагмента, заменители сахарозы могут успешно использоваться при производстве продуктов питания и заменителей сахара для больных сахарным диабетом. Высокий коэффициент сладости (Ксл=50ч3000) позволяет, применяя их, производить низкокалорийные, дешевые диетические продукты.

Ароматизаторы

Аромат пищевого продукта - интегральный фактор, обусловленный присутствием в нем сложной смеси органических соединений.

Пищевые ароматизаторы - это пищевые добавки, представляющие собой смеси ароматических (душистых) веществ или индивидуальные ароматические (душистые) вещества, с растворителем или сухим носителем, или без них, и вводимые в продукты с целью улучшения их аромата и вкуса.

Основными потребителями ароматизаторов являются производства безалкогольных напитков, мороженого, ликероводочных изделий, жевательной резинки, широкого ассортимента кондитерских изделий; ароматизаторы добавляют в сухие кисели, маргарины, сиропы, мучные кондитерские изделия, молочные продукты, пудинги и мясопродукты и т. д.

Натуральными пищевыми ароматизаторами являются эфирные масла и настои, пряности и продукты их переработки (химический и микробиологический синтез).

Пищевые ароматизаторы идентичные натуральным - по своему строению они отвечают природным соединениям, а их композиции позволяют получить комбинации веществ, отличающиеся стабильностью, заданным ароматом. Они удобны в использовании.

Искусственные пищевые ароматизаторы (включающие компоненты, не имеющие природных аналогов) требуют специального изучения и гигиенической оценки, они отличаются высокой стабильностью, интенсивностью аромата, дешевизной.

Существуют пищевые добавки, усиливающие вкус и аромат пищевых продуктов. К ним относится производные глутаминовой, гуаниловой, инозиновой кислот, рибонуклеотиды и производные мальтола.

66. Пищевые добавки, замедляющие микробиологическую и окислительную порчу пищевого сырья и готовых продуктов

Необходимость в сохранении (консервировании) собранного урожая, добычи, полученной в результате охоты или рыболовства, собранных ягод и грибов, а также продуктов их переработки, возникла у человека с давних времен. Сначала это были сушка и засолка, применение специй, уксуса, масла, меда, соли (соление продуктов), сернистой кислоты (для стабилизации вина). В конце XIX - начале XX в. с развитием химии начинается применение химических консервантов: бензойной и салициловой кислот, производных бензойной кислоты, нитраты и нитриты, диоксид серы, уксусная кислота, пропионовая кислота, сорбиновая кислота, дифенил и др.

Консерванты - вещества, продлевающие срок хранения продуктов, защищая их от порчи, вызванной микроорганизмами (бактерии, плесневые грибы, дрожжи, среди которых могут быть патогенные и непатогенные виды).

Спектр антимикробного действия конкретного консерванта различен: одни направлены на подавление бактерий, другие - плесневых грибов или дрожжей.

При выборе консерванта необходимо руководствоваться некоторыми общими правилами.

Консервант должен:

иметь широкий спектр действия;

быть эффективным против микроорганизмов, содержащихся в данной пищевой системе;

оставаться в продукте в течение всего срока хранения;

не оказывать влияния на органолептические свойства пищевого продукта;

быть технологичным (простым в применении);

быть дешевым.

Консервант не должен:

быть физиологически опасным;

вызывать привыкания;

влиять на микробиологические процессы, предусмотренные при производстве отдельных пищевых продуктов данной технологией.

Также возможно консервирование поваренной солью или сахаром. В этом случае консервирующий эффект достигается за счёт изменения величины осмотического давления в микробной клетке. Осмос - это движение молекул воды через полунепроницаемые мембраны из области меньшей в область большей концентрации растворенного вещества. Погружая продукт в раствор соли или сахара, раствор этих веществ высасывает влагу из клеток как продукта, так и самих микроорганизмов, при этом происходит обезвоживание клеток, они утрачивают свою способность к всасыванию питательных веществ с водой, т.е. способность к размножению, и погибают. Концентрация соли должна быть не менее 10-12%, а сахара - 60-65%.

Антибиотики. Особую группу пищевых добавок, замедляющих порчу пищевых продуктов, составляют антибиотики. И хотя применение антибиотиков позволяет срок хранения пищевого сырья и некоторых видов пищевых продуктов в 2--3 раза, они не допускаются для использования при изготовлении пищевых продуктов и полуфабрикатов, так как могут привести к нежелательным последствиям, в том числе к нарушению нормального соотношения микроорганизмов желудочно-кишечного тракта.

Аналогично, как и в случае расчёта потребления пищевых добавок в целом, при работе с консервантами основными критериями безопасности являются максимально допустимый уровень (МДУ или ПДК), допустимая суточная доза (ДСД) и допустимое суточное потребление (ДСП).

67. Биологически активные добавки

Практически все натуральные пищевые продукты не являются сбалансированными, так как не содержат незаменимых нутриентов в необходимых количествах и соотношениях. Поэтому по прогнозам специалистов в питании людей все возрастающую роль будут играть биологически активные добавки (БАД) к пище. БАД - это композиции натуральных или идентичных натуральным биологически активных веществ, предназначенных для непосредственного приема с пищей или введения в состав пищевых продуктов с целью обогащения рациона отдельными пищевыми или биологически активными веществами и их комплексами.

БАД применяют: для оптимизации обмена веществ при различных функциональных состояниях организма; для нормализации и (или) улучшения функционального состояния органов и систем организма человека; для снижения риска заболеваний, нормализации микрофлоры желудочно-кишечного тракта, в качестве энтеросорбентов и др.

Вместе с тем, БАД следует рассматривать не как лекарство, а как отдельную группу пищевой продукции функционального назначения. БАД к пище, вырабатывают в виде сухих и жидких концентратов, экстрактов, настоев, бальзамов, изолятов, порошков, сиропов, таблеток, драже, капсул и других форм.

Их делят на БАД-нутрицевтики, обладающие пищевой ценностью, и БАД-парафармацевтики, обладающие выраженной биологической активностью.

Группа БАД-нутрицевтиков представляет собой эссенциальные нутриенты - природные ингредиенты пищи: витамины или их близкие предшественники (например, в-каротин и другие каротиноиды); полиненасыщенные жирные кислоты (щ-3 и другие ПНЖК); минеральные вещества и микроэлементы (кальций, железо, селен, цинк, йод, фтор); отдельные аминокислоты; некоторые моно- и дисахариды; пищевые волокна (целлюлоза, пектины и т. п.).

Группа БАД-парафармацевтиков - это минорные компоненты пищи. К ним относятся органические кислоты, биофлавоноиды, кофеин, биогенные амины, регуляторные ди- и олигопептиды, некоторые олигосахариды.

Пробиотики и пребиотики.

Пробиотики, представляют собой живые микроорганизмы или культивированные ими продукты, которые благотворно воздействуют на микрофлору желудочно-кишечного факта (ЖКТ).

К бактериям-пробиотикам относятся, в основном, их классические представители, входящие в состав нормальной микрофлоры ЖКТ: бифидобактерии и молочнокислые микроорганизмы рода Lactobacillus. Ряд других микроорганизмов с пробиотическими свойствами не встречаются постоянно в кишечнике человека и называются транзиторными. Это молочно-кислые палочки и кокки.

Для человека наиболее естественным и доступным путем получения пробиотиков является потребление натуральных, в частности, кисло-молочных продуктов, полученных биотехнологическим способом с использованием различных микроорганизмов.

Пребиотики являются стимуляторами, или промоторами, пробиотиков. В группу пребиотиков входят вещества или диетические добавки, которые не абсорбируются в кишечнике человека, вместе с тем, селективно стимулируют рост или активизируют метаболизм полезных представителей микрофлоры ЖКТ, оказывая благотворное влияние на организм: неперевариваемые олигосахариды и полисахариды, отдельные витамины и их производные, а также биологически активные иммунные белки - лактоглобулины и гликопептиды.

68. Физические и химические свойства воды и льда

Вода, не является питательным веществом, но она жизненно необходима, как стабилизатор температуры тела, переносчик нутриентов (питательных веществ) и пищеварительных отходов, реагент и реакционная среда в ряде химических превращений. Кроме того, вода формирует органолептические показатели продукта.

Содержание влаги (%) в пищевых продуктах изменяется в широких пределах: от 5-15% в муке, сухом молоке, масле, маргарине до 85-95% в молоке, фруктах, овощах, пиве, соке.

В отличие от других веществ вода характеризуется рядом аномалий. Для неё характерны высокая температура кипения 100єC и плавления 0єC, высокие значения теплоты фазовых переходов (плавления 6,01 кДж/моль, парообразования 40,63 кДж/моль, сублимации 50,91 кДж/моль). Кроме того, вода обладает аномально высокой теплоемкостью и, таким образом, является регулятором температуры в живых организмах и в целом на земном шаре. Вода расширяется при замерзании, вследствие чего плотность льда ниже, чем воды.

Вода при атмосферном давлении может существовать в состояниях жидкости, пара и льда.

Аномальные свойства воды определяются её структурой. Так в молекуле воды шесть валентных электронов кислорода гибридизированы в четырех 5р3-орбиталях, которые вытянуты к углам, образуя тетраэдр. Две гибридные орбитали образуют О-Н ковалентные связи, тогда как другие две орбитали имеют неподеленные электронные пары. Ковалентные О-Н связи, благодаря высокой электроотрицательности кислорода, частично имеют ионный характер. Таким образом, молекула воды имеет два отрицательных и два положительных заряда по углам тетраэдра, то есть имеет диплольную структуру. Вследствие этого, каждая молекула воды координирована с четырьмя другими молекулами воды благодаря водородным связям, что обеспечивает большую силу взаимодействия между молекулами и объясняет особые физические свойства воды.

С химической точки зрения вода является весьма реакционноспособным веществом. Она соединяется со многими оксидами металлов и неметаллов, взаимодействует с активными металлами, участвует в реакциях превращения белков, липидов, углеводов.

При добавлении различных веществ к воде изменяются свойства как самого вещества, так и воды. С заряженными ионами металлов и кислот вода прочно связывается ионными связями. С нейтральными, но полярными молекулами (спирты, амины, альдегиды, кетоны) вода связывается водородными связями (более слабые, чем ионные связи). С неполярными веществами (углеводороды) вода химически не взаимодействует, но образует вокруг них сетку из молекул воды.

Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов

Молекула воды, кристаллизуясь, образует лед, который имеет гексагональную кристаллическую решетку. Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой температуры, но также и от образования кристаллов льда. Образование льда в клеточных структурах пищевых продуктов и гелях имеет два важных следствия:

1) Во время замораживания вода переходит в кристаллы льда различной, но достаточно высокой степени чистоты. Замораживание имеет два противоположных влияния на скорость реакций: низкая температура как таковая будет ее уменьшать, а концентрирование компонентов в незамерзшей воде - иногда увеличивать. Однако в целом скорость химических реакций в при замораживании пищевых продуктов замедляется.

2) вся вода, превращаемая в лед, увеличивается ~ на 9% в объеме. При этом происходит значительная деформация или даже разрушение клеточных структур, в том числе и микробиальных клеток. При этом может происходить гибель микробиальной клетки, или существенно снижается её активность.

Следует отметить, что структура льда не идеальна. Он содержит микротрещины, в которых возможна диффузия молекул воды незамёрзшей воды. Этот факт имеет определенное отношение к скорости порчи пищевых продуктов и биологических веществ в условиях хранения при низких температурах.

69. Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

В обеспечении устойчивости продукта при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

Свободная влага - это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

Связанная влага - это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами - белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.

Для связанной воды характерны следующие свойства:

существует вблизи растворенного вещества и других неводных веществ и имеет свойства, отличные от свойств свободной воды;

не может служить растворителем для добавленных веществ;

не замерзает при низких температурах (-40°С и ниже).

«Связывание воды» и «гидратация» - это способность воды к ассоциации с различной степенью прочности с гидрофильными веществами. Размер и сила связывания воды или гидратации зависит от таких факторов, как природа неводного компонента, его солевой состав, рН, температура.

Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. К монослою примыкает мультислойная вода (вода полимолекулярной адсорбции), образующая несколько слоев за близлежащей водой. Мультислой - это менее прочно связанная влага.

В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромоле-кулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды. Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии. С другой стороны, в технологических процессах обработки она ведет себя почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании.

70. Активность воды и стабильность пищевых продуктов

Из мировой практики известно, что существует взаимосвязь (между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному, что можно объяснить различным соотношением «свободной» и «связанной» влаги.

Чтобы учесть эти факторы, был введен термин «активность воды». Этот показатель хорошо коррелирует со скоростью многих разрушительных реакций.

Активность воды (aw) - это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре.

По величине активности воды выделяют: продукты с высокой влажностью (aw= 0,9-1,0) (фрукты, овощи, молоко и жидкие молочные продукты, варёные колбасы); продукты с промежуточной влажностью (aw= 0,6-0,9) (сыры, хлебобулочные изделия, вяленые мясные изделия); продукты с низкой влажностью (aw= 0,0-0,6) (молоко сухое, мука, злаковые и крупяные).

Зависимость между содержанием влаги (масса воды, г Н2О/г СВ) в пищевом продукте и активностью воды в нем при постоянной температуре, называется изотермой сорбции. Очевидно, что в продуктах с высоким содержанием влаги «активность воды» выше, чем в продуктах с низким содержанием влаги.

Установлено, что в продуктах с низкой влажностью при хранении могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Роль микроорганизмов здесь минимальна. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе значительно возрастает роль микроорганизмов порчи. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль.

При этом дрожи и плесени менее чувствительны к низкому содержанию влаги. Для них благоприятна среда, если в ней активность воды выше 0,6. Для бактерий и плесеней предельное значение активности воды не должно быть ниже 0,9. В целом процессы порчи значительно замедляются при значениях аw= 0,2-0,4.

Для снижения активности воды используют такие технологические приемы, как сушка, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль и др.), замораживание.

71. Структура и свойства льда. Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов

Молекула воды, кристаллизуясь, образует лед, который имеет гексагональную кристаллическую решетку. Однако лед при определённых условиях может существовать в девяти других кристаллических полиморфных конфигурациях.

Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой температуры, но также и от образования кристаллов льда.

Образование льда в клеточных структурах пищевых продуктов и гелях имеет два важных следствия:

1) Во время замораживания вода переходит в кристаллы льда различной, но достаточно высокой степени чистоты. Все неводные компоненты приэтом концентрируются в уменьшенном количестве незамерзшей воды. Эти изменения могут увеличить скорости химических реакций. Таким образом, замораживание имеет два противоположных влияния на скорость реакций: низкая температура как таковая будет ее уменьшать, а концентрирование компонентов в незамерзшей воде - иногда увеличивать. Однако в целом скорость химических реакций в при замораживании пищевых продуктов замедляется.

2) вся вода, превращаемая в лед, увеличивается ~ на 9% в объеме. При этом происходит значительная деформация или даже разрушение клеточных структур, в том числе и микробиальных клеток. При этом может происходить гибель микробиальной клетки, или существенно снижается её активность. Наиболее стойкими при замораживании оказываются споры микроорганизмов, содержащие достаточно низкое количество влаги.

Следует отметить, что структура льда не идеальна. Он содержит микротрещины, в которых возможна диффузия молекул воды незамёрзшей воды. Этот факт имеет определенное отношение к скорости порчи пищевых продуктов и биологических веществ в условиях хранения при низких температурах.

72. Классификация чужеродных веществ и пути их поступления в продукты

Основные типы чужеродных веществ

Токсичные элементы

Токсичные элементы (в частности, некоторые тяжелые металлы) составляют обширную и весьма опасную в токсикологическом отношении группу веществ: Hg, Pb, Cd, As, Sb, Sn, Zn, Al, Be, Fe, Cu, Ba, Cr, Tl. Наибольшую опасность из вышеназванных элементов представляют ртуть (Hg), свинец (РЬ), кадмий (Cd). При этом малые концентрации некоторых элементов жизненно необходимы для нормальной жизнедеятельности человека и животных.

Загрязнение водоемов, атмосферы, почвы, сельскохозяйственных растений и пищевых продуктов токсичными металлами происходит за счет:

выбросов промышленных предприятий, городского транспорта, контакта сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов с оборудованием, применения в консервном производстве некачественных внутренних покрытий и при нарушении технологии припоев.

Радиоактивное загрязнение

Радионуклиды естественного происхождения постоянно присутствуют во всех объектах неживой и живой природы. Однако природные радионуклиды не представляют существенной угрозы для здоровья человека.

С момента овладения человеком ядерной энергией в биосферу начали поступать искусственные радионуклиды, образующиеся на АЭС, при производстве ядерного топлива и испытаниях ядерного оружия: 14С, l37Cs, 90Sr, 89Sr, 106Ru, 144Ce, 131I, 95Zr.

Существуют три пути попадания радиоактивных веществ в организм человека: а) при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами; б) через желудочно-кишечный тракт - с пищей и водой; в) через кожу.

Ионизирующие излучения действуют на организм в целом, но прежде всего на биомолекулы и субклеточные образования. Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма млекопитающих являются ядро и митохондрии. В результате радиоактивного воздействия происходят количественные и качественные изменения в ДНК, нарушаются процессы транскрипции и трансляции. Кроме этого, угнетаются энергетические процессы, нарушаются функции мембран.

Диоксины и диоксинподобные соединения

Диоксины - высокотоксичные соединения, обладающие мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствами (негативное влияние на развитие плода).

Диоксины являются побочными продуктами производства пластмасс, пестицидов, бумаги, обнаруживаются в составе отходов металлургии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Они присутствуют в выхлопных газах автомобилей, при горении синтетических покрытий и масла, т. е. практически везде, где ионы хлора (брома) или их сочетания взаимодействуют с активным углеродом. Таким образом, проблема диоксинов приобрела глобальный характер.

При попадании в окружающую среду диоксины интенсивно накапливаются в почве, водоемах, активно мигрируют по пищевым цепям. В организм человека диоксины попадают в основном с пищей.

Для диоксинов не существует таких норм как ПДК - эти вещества токсичны при любых концентрациях, меняются лишь формы ее проявления.

Полициклические ароматические углеводороды

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - насчитывают более 200 представителей, которые являются сильными канцерогенами.

К наиболее активным канцерогенам относят бенз(а)пирен, а также дибенз(а)пирен, перилен и холантрен.

Канцерогенные ПАУ образуются в природе путем абиогенных процессов; ежегодно в биосферу поступают тысячи тонн бенз(а)пирена природного происхождения. Еще больше - за счет техногенных источников. Образуются ПАУ в процессах сгорания нефтепродуктов, угля, дерева, мусора, пищи, табака, причем, чем ниже температура, тем больше образуется ПАУ.

Бенз(а)пирен попадает в организм человека преимущественно с пищевыми продуктами. Причем его содержание в продуктах значительно колеблется в зависимости от способа технологической и кулинарной обработки или от степени загрязнения окружающей среды.

Несмотря на то, что окружающая среда остается главным источником загрязнения сырья и пищевых продуктов, в настоящее время появляются новые и модифицируются традиционные технологии получения продуктов питания, которые часто связаны с применением жестких видов воздействия на сырье и полуфабрикаты, что, может приводить к возникновению токсичных веществ. Кроме того, получили широкое распространение разнообразные виды непроверенных пищевых добавок и новых упаковочных материалов.

Количественная характеристика токсичности веществ достаточно сложна и требует многостороннего подхода. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная реакция, индивидуальная вариабельность, поскольку в группе испытуемых животных всегда присутствуют более или менее восприимчивые к действию изучаемого токсина индивидуумы.

Существуют следующие основные характеристики токсичности:

ЛД50 и ЛД100. ЛД - аббревиатура летальной дозы, т. е. дозы, вызывающей при однократном введении гибель 50 или 100% экспериментальных животных. Токсичными считают все те вещества, для которых ЛД мала.

Величина t0,5 характеризует время полувыведения токсина и продуктов его превращения из организма. Для разных токсинов оно может составлять от нескольких часов до нескольких десятков лет.

Кроме того в токсикологических экспериментах на животных принято указывать еще и время 100 или 50% гибели объектов. Но для этого такие эксперименты должны проводиться в течение многих месяцев и лет, а при существующем непродолжительном контроле можно ошибочно отнести загрязнитель к малотоксичным веществам, а он проявит губительное действие через длительное время.

На основе токсикологических критериев (с точки зрения гигиены питания) международными организациями ООН - ВОЗ, ФАО и др., а также органами здравоохранения отдельных государств приняты следующие базисные (основные) показатели: ПДК, ДСД и ДСП.

ПДК (предельно-допустимая концентрация) - предельно-допустимые количества чужеродных веществ в атмосфере, воде, продуктах питания, которые при ежедневном воздействии в течение сколь угодно длительного времени не могут вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в жизни настоящего и последующих поколений.

ДСД (допустимая суточная доза) - удельное ежедневное поступление вещества из расчёта на 1 кг массы тела, которое не оказывает негативного влияния на здоровье человека в течение всей жизни.

ДСП (допустимое суточное потребление) - величина, рассчитываемая как произведение ДСД на среднюю величину массы тела (60 кг).

73. Загрязнение сырья и пищевых продуктов токсичными элементами

Токсичные элементы (в частности, некоторые тяжелые металлы) составляют обширную и весьма опасную в токсикологическом отношении группу веществ: Hg, Pb, Cd, As, Sb, Sn, Zn, Al, Be, Fe, Cu, Ba, Cr, Tl. Наибольшую опасность из вышеназванных элементов представляют ртуть (Hg), свинец (РЬ), кадмий (Cd). При этом малые концентрации некоторых элементов жизненно необходимы для нормальной жизнедеятельности человека и животных.

Загрязнение водоемов, атмосферы, почвы, сельскохозяйственных растений и пищевых продуктов токсичными металлами происходит за счет:

выбросов промышленных предприятий, городского транспорта, контакта сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов с оборудованием, применения в консервном производстве некачественных внутренних покрытий и при нарушении технологии припоев

74. Радиоактивное загрязнение пищевых продуктов

Радионуклиды естественного происхождения постоянно присутствуют во всех объектах неживой и живой природы. Однако природные радионуклиды не представляют существенной угрозы для здоровья человека.

С момента овладения человеком ядерной энергией в биосферу начали поступать искусственные радионуклиды, образующиеся на АЭС, при производстве ядерного топлива и испытаниях ядерного оружия: 14С, l37Cs, 90Sr, 89Sr, 106Ru, 144Ce, 131I, 95Zr.

Существуют три пути попадания радиоактивных веществ в организм человека: а) при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами; б) через желудочно-кишечный тракт - с пищей и водой; в) через кожу.

Ионизирующие излучения действуют на организм в целом, но прежде всего на биомолекулы и субклеточные образования. Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма млекопитающих являются ядро и митохондрии. В результате радиоактивного воздействия происходят количественные и качественные изменения в ДНК, нарушаются процессы транскрипции и трансляции. Кроме этого, угнетаются энергетические процессы, нарушаются функции мембран.

75. Загрязнение сырья и пищевых продуктов диоксинами и диоксинподобными соединениями и полициклическими ароматическими углеводородами

Диоксины и диоксинподобные соединения

Диоксины - высокотоксичные соединения, обладающие мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствами (негативное влияние на развитие плода).

Диоксины являются побочными продуктами производства пластмасс, пестицидов, бумаги, обнаруживаются в составе отходов металлургии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Они присутствуют в выхлопных газах автомобилей, при горении синтетических покрытий и масла, т. е. практически везде, где ионы хлора (брома) или их сочетания взаимодействуют с активным углеродом. Таким образом, проблема диоксинов приобрела глобальный характер.

При попадании в окружающую среду диоксины интенсивно накапливаются в почве, водоемах, активно мигрируют по пищевым цепям. В организм человека диоксины попадают в основном с пищей.

Для диоксинов не существует таких норм как ПДК - эти вещества токсичны при любых концентрациях, меняются лишь формы ее проявления.

Полициклические ароматические углеводороды

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - насчитывают более 200 представителей, которые являются сильными канцерогенами.

К наиболее активным канцерогенам относят бенз(а)пирен, а также дибенз(а)пирен, перилен и холантрен.

Канцерогенные ПАУ образуются в природе путем абиогенных процессов; ежегодно в биосферу поступают тысячи тонн бенз(а)пирена природного происхождения. Еще больше - за счет техногенных источников. Образуются ПАУ в процессах сгорания нефтепродуктов, угля, дерева, мусора, пищи, табака, причем, чем ниже температура, тем больше образуется ПАУ.

Бенз(а)пирен попадает в организм человека преимущественно с пищевыми продуктами. Причем его содержание в продуктах значительно колеблется в зависимости от способа технологической и кулинарной обработки или от степени загрязнения окружающей среды.

76. Загрязнения веществами, применяемыми в растениеводстве

Остатки сельскохозяйственных ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. В эту группу загрязнителей входят пестициды (бактериоциды, фунгициды, гербициды и др.), удобрения, регуляторы роста растений.

Пестициды - вещества различной химической природы, применяемые в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от вредителей и болезней. В настоящее время в мировой практике используют около 10 тыс. наименований пестицидных препаратов. Наиболее распространены следующие: хлорорганические, фосфорорганические, карбаматы, ртутьорганические, синтетические пиретроиды и медьсодержащие фунгициды.

Пестициды классифицируют:

по токсичности при однократном поступлении через желудочно-кишечный тракт пестициды делятся на сильнодействующие ядовитые вещества (ЛД50 до 50 мг/кг), высокотоксичные (ЛД50 от 50 до 200 мг/кг), среднетоксичные (ЛД50 от 200 до 1000 мг/кг), малотоксичные (ЛД50 более 1000 мг/кг);

по стойкости пестициды делятся на очень стойкие (время разложения на нетоксичные компоненты свыше 2 лет), стойкие (от 0,5 до 1 года), умеренно стойкие (от 1 до 6 месяцев), малостойкие (1 месяц).

Нарушения гигиенических норм хранения, транспортировки и применения пестицидов, низкая культура работы с ними приводят к их накоплению в кормах, продовольственном сырье и пищевых продуктах, а способность аккумулироваться и передаваться по пищевым цепям - к их широкому распространению и негативному влиянию на здоровье человека.

Нитраты, нитриты, нитрозамины. Нитраты широко распространены в природе, они являются нормальными метаболитами любого живого организма (в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах более 100 мг нитратов). Однако при потреблении в повышенном количестве нитраты (NO3-) в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (NO2-), которые взаимодействуют с гемоглобином крови с образованием метгемоглобина, неспособного связывать и переносить кислород. Хроническое воздействие нитритов приводит к снижению в организме витаминов А, Е, С, некоторых витаминов группы В. Кроме того, из нитритов в присутствии различных аминов могут образовываться N-нитрозамины, 80% из которых обладают канцерогенным, мутагенным, тератогенным действием.

Основными источниками поступления нитратов и нитритов в организм человека являются, в первую очередь, растительные продукты. Помимо растений, источниками нитратов и нитритов для человека являются мясные продукты, а также колбасы, рыба, сыры, в которые добавляют нитрит натрия или калия в качестве пищевой добавки - как консервант или для сохранения привычного красного цвета мясопродуктов.

Регуляторы роста растений. Регуляторы роста растений (РРР) - это соединения, применяемые в сельском хозяйстве с целью увеличения урожайности, улучшения качества растениеводческой продукции, а в некоторых случаях для увеличения сроков хранения растительных продуктов.

Регуляторы роста растений можно разделить на две группы: природные и синтетические. Первые являются естественными компонентами растений и не представляют опасности для организма человека. Вторые, аналоги природных фитогормонов оказывают негативное влияние на организм человека как ксенобиотики. Однако они технологически эффективнее и лучше сохраняются.

77. Загрязнение веществами, применяемыми в животноводстве

С целью повышения продуктивности сельскохозяйственных животных, профилактики заболеваний, сохранения качества кормов в животноводстве широко применяются различные лекарственные и химические препараты. Это антибактериальные вещества (антибиотики, сульфаниламиды), гормональные препараты, транквилизаторы, антиоксиданты и другие.

Антибиотики, встречающиеся в пищевых продуктах могут иметь следующее происхождение:

естественные антибиотики. К ним относятся природные компоненты некоторых пищевых продуктов с выраженным антибиотическим действием (яичный белок, молоко, мед, лук, чеснок, фрукты, пряности).

искусственные, попадающие в пищевые продукты в результате лечебно-ветеринарных мероприятий. Антибиотики способны переходить в мясо животных, яйца птиц, другие продукты и оказывать токсическое действие на организм человека.

искусственные, попадающие в пищевые продукты при использовании их в качестве биостимуляторов для улучшения усвояемости кормов и стимуляции роста животных.

искусственные, применяемые в качестве консервирующих веществ в продуктах питания с целью предупреждения порчи последних. Для этой цели, как показали многочисленные исследования, наиболее приемлемы антибиотики из группы тетрациклинов В некоторых странах применение антибиотиков в качестве консервантов запрещено.

Сульфаниламиды. Антимикробное действие сульфаниламидов менее эффективно, чем действие антибиотиков, но они дешевы и более доступны для борьбы с инфекционными заболеваниями животных. Сульфаниламиды способны накапливаться в организме животных и птицы и загрязнять животноводческую продукцию. Наиболее часто обнаруживаются следующие сульфаниламиды: сульфаметазин, сульфахиноксазалин.

Гормональные препараты. Гормональные препараты используют в ветеринарии и животноводстве для улучшения усвояемости кормов, стимуляции роста животных, ускорения полового созревания. Ряд гормональных препаратов обладают ярко выраженной анаболитической активностью.

В настоящее время созданы синтетические гормональные препараты, которые по анаболитическому действию значительно эффективнее природных гормонов и поэтому широко применяются. Однако, в отличие от природных аналогов, многие синтетические гормоны оказались более устойчивыми, они накапливаются в организме животных в больших количествах, передаются по пищевым цепям и, поступая в организм с пищей, способны вызывать дисбаланс в обмене веществ человека.



78. Загрязнение сырья и пищевых продуктов природными токсикантами

Нитраты, нитриты, нитрозамины. Нитраты широко распространены в природе, они являются нормальными метаболитами любого живого организма (в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах более 100 мг нитратов). Однако при потреблении в повышенном количестве нитраты (NO3-) в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (NO2-), которые взаимодействуют с гемоглобином крови с образованием метгемоглобина, неспособного связывать и переносить кислород. Хроническое воздействие нитритов приводит к снижению в организме витаминов А, Е, С, некоторых витаминов группы В. Кроме того, из нитритов в присутствии различных аминов могут образовываться N-нитрозамины, 80% из которых обладают канцерогенным, мутагенным, тератогенным действием.

...