Пищевая химия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Продукты питания являются важнейшим фактором внешней среды, снабжающим организм человека пластическим материалом и энергией, влияющим на физиологическую и умственную работоспособность, определяет здоровье человека и способность к воспроизводству.

Быстрое развитие науки и техники открывает новые технологические возможности при производстве продуктов питания, а так же демографические и социальные изменения в обществе обуславливают необходимость разработки новых подходов при производстве пищи.

Продукты, отвечающие требованиям сегодняшнего дня это продукты со сбалансированным составом, с низкой калорийностью, содержащие ингредиенты (добавки): функционального и лечебного назначения, продукты быстрого приготовления. И по-прежнему основным требованием остается безопасность пищевых продуктов для здоровья человека.

Изучаемые вопросы в курсе «Пищевая химия» непосредственно затрагивают вышеуказанные вопросы, изучая химический состав и свойства компонентов пищевых продуктов, их пищевую и биологическую ценность и их превращения в технологическом потоке. Также внимание уделяется проблемам рационального питания. Немаловажное значение имеет изучение пищевых и биологических добавок, а так же загрязнителей пищевого сырья и готовой продукции.

Таким образом, изучение дисциплины «Пищевая химия» имеет большое значение при подготовке специалистов для пищевой промышленности, так как рассматриваемые вопросы дают возможность технологам обеспечивать население качественными продуктами питания.

пищевой биологический добавка рациональный



Тема 1. Продукты питания

1.1 Проблемы снабжения человечества пищей и пути их решения

В настоящее время перед человечеством стоит глобальная задача, заключающаяся в обеспечении его необходимым количеством пищи, прежде всего, богатой калориями и белком. В данный момент на Земле проживает более 5 миллиардов человек, которые потребляют более 4 миллионов тон пищи в день и этого количества явно недостаточно. В следующем тысячелетии население Земли значительно вырастет, а, следовательно, возрастет и потребность в пище.

При этом производство и потребление пищи чрезвычайно неравномерно между различными регионами мира, странами и группами населения. В развитых странах большинство населения потребляет необходимое и достаточное количество питательных веществ, а в развивающихся странах наоборот. Проблема голода и неполноценного питания, в частности дефицит белка, характерна, прежде всего, для населения большинства стран третьего мира, таких как страны Африки, Азии и Латинской Америки. Проблема обеспечения полноценным питанием существует и в странах с большим числом жителей (Китай, Индия).

Проблемы надежного обеспечения продуктами питания и сельскохозяйственным сырьем и устойчивого роста сельскохозяйственного производства актуальны и для нашей страны. Особенно остро стоит проблема производства сырья, при непрерывном спаде производства в течении нескольких лет. В настоящее время в нашей стране существует целый ряд проблем, требующих немедленного решения, а именно:

развитие сырьевой базы для производства продуктов питания - так, в частности, для производства мясного сырья нет достаточной кормовой базы, недостаточно проводится селекционная работа, то есть, нет необходимого количества высокопродуктивных пород скота как мясного, так и молочного направления, в результате чего произошло резкое сокращение поголовья. Решение данной проблемы позволит выращивать упитанный скот со стандартными параметрами, что не только позволит увеличить сырьевые ресурсы, но и будет способствовать увеличению доли механизации и автоматизации технологических процессов на мясоперерабатывающих предприятиях;

сохранение без потерь полученного сырья и готовой продукции - необходимым является обеспечение условий транспортировки и хранения сырья и готовой продукции, позволяющие снизить потери до минимума;

выработка максимального количества пищевой продукции из единицы сырья - необходимо из единицы сырья производить как можно больше готовой продукции (пищевой или технической), а не полуфабрикатов и сократить до минимума производственные потери;

недостаточная техническая оснащенность предприятий пищевой промышленности и медленное внедрение прогрессивных технологий переработки сырья - внедрение новых ресурсосберегающих и безотходных технологий совместно с современным технологическим оборудованием позволит увеличить производительность труда, повысить качество готовой и экономить дорогостоящие сырьевые ресурсы

1.2 Нормы потребления пищевых веществ и продуктов питания

Для того чтобы говорить о необходимом количестве потребляемых продуктов для обеспечения физиологических потребностей человека следует различать такие понятия как «пищевой продукт» и «продукт питания».

Пищевые продукты - это все продукты, которые используются на пищевые цели. Так безалкогольные напитки, различные приправы (перец и т.д.), чай, кофе относятся к пищевым продуктам, но продуктами питания не являются.

Продукты питания - это узкое понятие, содержащие более узкую номенклатуру пищевых продуктов. Продукты питания поставляют организму весь строительный материал (пищевые вещества), расходуемый на рост и обновление тканей. Они являются источниками энергии, затрачиваемой на выполнение разнообразных функций. Продукты питания доставляют в организм резервные материалы, регуляторы жизненных функций, витамины, минеральные вещества.

Суточная потребность в отдельных пищевых веществах, г/сутки, составляет:

вода - 1750-2200 г., в том числе питьевая 800-1000г.;

углеводы - 400-500 г., из них моно и дисахариды 50-100 г.;

белки - 80-100 г., в том числе животные 50 г.;

органические кислоты - 2 г.;

жиры - 80-100 г., из них растительные 20-25 г.

и полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) 2-6 г.;

минеральные вещества около 20 г.;

витамины около 2 г.

Таким образом, в сутки человеку необходимо потребить такое количество пищи, которое содержало бы вышеуказанное количество основных пищевых веществ. Однако важно не только получить необходимое количество пищи, но и необходимо, чтобы пищевые продукты и продукты питания являлись безопасными для организма человека.

1.3 Основные характеристики пищевых продуктов

Качество пищи определяется тремя основными группами показателей, а именно ее пищевой ценностью, товарными показателями и пригодностью по санитарному состоянию.

Рассмотрим основные характеристики пищевых продуктов:

товарная (потребительская) характеристика - обусловлена совокупностью физических, химических, биологических и других природных свойств, приданных продукту человеком в процессе производства и хранения. Например, вареные колбасы - это изделия из тонко измельченного мяса говядины и свинины, предварительно выдержанного в посоле, нашприцованного оболочку и прошедшего термическую обработку в виде обжарки и варки.

органолептические характеристики - являются составной частью товарной характеристики и включают в себя: состояние упаковки, внешний вид, запах, цвет, вид на разрезе, вкус, аромат, консистенцию и др.

пищевая ценность - это комплекс веществ, определяющих биологическую и энергетическую ценность продукта. Пищевую ценность определяют и его органолептические показатели, так как они существенно влияют на усвоение пищи организмом. То есть показатель «пищевая ценность» является интегральным показателем.

биологическая ценность - определяет полноценность компонентов, входящих в состав продукта, а именно: полноценность белка, содержание ненасыщенных жирных кислот в жирах, содержание витаминов и минеральных веществ.

энергетическая ценность - это количество энергии, которое образуется при окислении основных пищевых веществ (белков, жиров, углеводов), содержащихся в продукте. Энергия, выделяемая при окислении 1 г. белка составляет 4 ккал, 1 г. углеводов - 4 ккал, 1 г. жира - 9 ккал, 1 г. этилового спирта - 7 ккал. Взрослому человеку в зависимости от вида деятельности необходимо 3-4.5 тысячи ккал в день. Продукты, входящие в рацион питания, должны содержать вещества, необходимые для получения энергии. Однако необходимое количество энергии нельзя получать за счет потребления большого количества одних и незначительного количества других пищевых веществ. Необходимо чтобы соотношение основных пищевых веществ «белок : жир: углеводы» равнялось 1 : 1.2 : 4.

усвояемость - выражается коэффициентом усвояемости, показывающим, какая часть продукта используется организмом. Усвояемость зависит от органолептических характеристик, количества и качества пищевых веществ, а так же возраста, здоровья организма и других факторов. При смешанном питании усвояемость белков составляет 84.5 %, жиров - 94 %, углеводов - 95.6 %.

доброкачественность - определяет безвредность продуктов для организма человека. Вредное воздействие на организм человека оказывается, как отсутствием в продуктах некоторых компонентов (витамины, макро и микроэлементы), так и присутствием вредных веществ (токсинов, тяжелых металлов), болезнетворных организмов (сальмонеллы, протеи, ботулизм), присутствием посторонних примесей (стекла, металла, опилок), присутствием яиц глистов, антибиотиков.



Тема 2. Питание

2.1 Гомеостаз и питание. Сущность процесса питания. Строение пищеварительной системы человека

В процессе жизнедеятельности человек постоянно совершает работу. Восполнение энергозатрат, связанных с выполнением работы, происходит благодаря питанию и дыханию. При этом вся необходимая организму энергия поступает из пищи.

В организме непрерывно происходят процессы построения и возобновления тканей. Для этого человеку необходим пластический материал, который можно получить в процессе питания.

Зная химический состав потребляемой пищи, легко посчитать какое количество энергии и пластического материала поступает в организм человека. При этом здоровое питание предусматривает примерный баланс поступления энергии в соответствии с ее расходом на обеспечение жизнедеятельности организма.

Так при кратковременном недостатке калорийности пищи организм частично расходует запасные вещества, в основном жир и углеводы (гликоген). При длительном недостатке энергетически ценной пищи организм расходует не только резервные вещества, но и белки, что в первую очередь приводит к уменьшению массы скелетных мышц.

При длительном избыточном потреблении калорийной пищи часть жиров и углеводов не используется организмом непосредственно, а откладывается в виде подкожного жира. Следствием этого является увеличение массы тела, а затем ожирение.

Таким образом, для нормального развития организма необходимо найти оптимальное количество потребляемой энергии.

В процессе жизнедеятельности организма человека, потребляемая энергия расходуется на три основных процесса, а именно, на основной обмен, на переваривание пищи и на мышечную деятельность.

Основной обмен - это минимальное количество энергии, необходимое организму для поддержания его жизненных функций в состоянии полного покоя. Для мужчин эта цифра составляет в среднем 1600 ккал, у женщин - 1400 ккал.

Специфическое динамическое действие пищи - для того что бы переварить поступающую в организм пищу необходимо затратить энергию. При этом наибольший расход энергии вызывает переваривание белков (основной обмен повышается на 30-40 %), затем жиров (основной обмен повышается на 4-14 %) и углеводов (обмен повышается на 4-7 %). При смешанном питании основной обмен увеличивается в среднем на 10-15 %.

Расход энергии на мышечную деятельность - физическая деятельность оказывает весьма существенное влияние на величину энергетического обмена. Для людей занятых тяжелым физическим трудом суммарный расход энергии составляет 3900-4300 ккал в сутки, для работников профессий не требующих значительных физических нагрузок - 2750-3000 ккал в сутки, для работников профессий умственного труда - 2550-2800 ккал в сутки.

Питание - это сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и ассимиляции в организме пищевых веществ, необходимых для покрытия его энергетических затрат, построения и возобновления клеток и тканей, и регуляции функций организма.

В процессе жизнедеятельности на человека происходит воздействие факторов внешней среды, которые могут нарушить равновесие организма. Однако под воздействием различных факторов не вызывают коренных изменений в работе внутренних систем человека и физиологических процессах. Это становится возможным в результате автоматической само регуляции. Для обозначения совокупности состояний и процессов, обеспечивающих устойчивость организма под воздействием внешних факторов, был предложен термин гомеостаз.

К основным компонентам гомеостаза относятся:

материалы, обеспечивающие клеточные потребности;

окружающие факторы, влияющие на клеточную деятельность (осмотическое давление, температура, рН);

механизмы, обеспечивающие структурное и функциональное единство организма (наследственность, регенерация, иммунобиологическая активность).

Питание играет важную роль в поддержании гомеостаза, так как именно в процессе питания в организм поступают вещества необходимые для образования энергии, для роста и возобновления тканей (белки) и нормального функционирования организма (вода, витамины, минеральные вещества, ферменты).

В процессе питания факторы внешней среды (пищевые вещества) вступают в тесный контакт с пищеварительными органами, подвергаются необходимым изменениям под действием пищеварительных ферментов, поступают в лимфу и кровь, и превращаются в факторы внутренней среды организма.

Ассимиляция пищевых веществ осуществляется в три этапа: полостное пищеварение > мембранное пищеварение > всасывание.

Полостным является пищеварение, происходящее в пищеварительных полостях (ротовой, желудочной, кишечной), которые синтезируют пищеварительные ферменты. Этот вид пищеварения обеспечивает интенсивное начальное переваривание.

Мембранное пищеварение осуществляется с помощью ферментов, локализованных на структурах свободных поверхностей клеток (микроворсинках) в тонком кишечнике. Мембранное пищеварение осуществляет промежуточные и окончательные стадии расщепления веществ.

Процессы пищеварения объединяют механическое, физико-химическое и химическое изменение пищевых веществ, и осуществляются специальными органами, совокупность которых образует пищеварительную систему человека. Пищеварительный аппарат человека представлен на рисунке 1.

1 - глотка; 2 - пищевод; 3 - желудок; 4 - тонкая кишка;

5 - нисходящая часть толстой кишки; 6 - прямая кишка;

7 - подвздошная кишка; 8 - аппендикс; 9 - слепая кишка;

10 - восходящая часть толстой кишки; 11 - ободочная кишка;

12 - двенадцатиперстная кишка; 13 - поджелудочная железа;

14 - желчный проток; 15 - желчный пузырь; 16 - печень;

17 - ротовая полость; 18 - слюнные железы

Рисунок 1 - Строение пищеварительного аппарата человека.

В состав пищеварительной системы входят пищеварительный канал (тракт), в который входят ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, двенадцатиперстная кишка, тонкий и толстый кишечник с прямой кишкой, а так же поджелудочная железа и печень.

Ротовая полость включает в себя - язык, зубы и слюнные железы. Здесь происходит оценка вкуса, консистенции и температуры пищи, а так же ее подготовка к перевариванию, заключающаяся в измельчении, смачивании слюной и набухания. В слюне человека содержаться ферменты, вызывающие расщепление углеводов.

Образовавшийся пищевой комок перемещается с помощью языка и мышц в глотку, затем в пищевод. В нижней части пищевода находятся круговые мышцы (сфинктер), их сокращение закрывает вход в желудок. При глотании эти мышцы расслабляются, и пищевой комок поступает в желудок.

Желудок представляет собой мускулистый мешок, расположенный под диафрагмой. В слизистой желудка расположены три вида секреторных клеток: главные - вырабатывают протеазы в неактивной форме; обкладочные - образуют соляную кислоту; добавочные - секретируют слизь. В желудке пищеварение продолжается в течение 3-10 часов, при этом наряду с физико-химическими, начинаются химические процессы, происходящие под действием ферментов желудочного сока. Желудочный сок - это бесцветная прозрачная жидкость, содержащая соляную кислоту (концентрация 0,4-0,5% и рН 1-3). В желудке расщепляется до 10% пептидных связей белков, жиры расщепляются незначительно.

Из желудка пищевая масса поступает в двенадцати перстную кишку. Здесь происходит пищеварение под действием сока поджелудочной железы и желчи (рН поджелудочного сока 7,8-8,2). В переваривании пищи участвуют протеазы, расщепляющие белки и полипептиды, липазы - расщепляют жиры, амилазы - заканчивают полное расщепление крахмала.

Затем пища поступает в тонкий кишечник, где заканчивается разрушение основных компонентов пищи и происходит их всасывание в кровь. Поверхность тонкого кишечника представляет собой складки с большим количеством пальцевидных выступов (ворсинок), которые покрыты эпителиальными клетками, несущими многочисленные микро ворсинки.

Печень - участвует в пищеварении, распределяет во внутренней среде ряд веществ, всосавшихся из желудочно-кишечного тракта, обезвреживает токсичные соединения, играет ведущую роль в обмене белков, липидов, углеводов, витаминов. Железистые клетки печени выделяют желчь, которая содержит желчные кислоты, пигменты, фосфаты, ряд гормонов и др.

Поджелудочная железа - синтезирует гормоны инсулин и глюкагон, и образует пищеварительный сок, поступающий в полость двенадцатиперстной кишки.

2.2 Современные концепции питания. Основы рационального питания. Рациональное питание

В настоящее время существует множество теорий и концепций питания.

Самой древней теорией является античная теория питания - основатель теории - Аристотель, считал, что питание всех структур организма происходит за счет крови, которая непрерывно образуется в пищеварительной системе из пищевых веществ, в результате сложного процесса неизвестной природы. Затем в печени происходит очистка крови. На основе этой теории были построены многочисленные диеты древнего мира.

Теория сбалансированного питания - окончательно сформировалась в конце XIX- начале ХХ века и основывается на трех основных принципах:

при идеальном питании приток веществ точно соответствует их потере;

приток питательных веществ обеспечивается путем разрушения пищевых систем и использования организмом образовавшихся органических и неорганических веществ;

энергетические затраты организма должны быть сбалансированы с поступлением энергии.

Теория адекватного питания - автором является физиолог, академик А.М. Уголев, основывается на четырех положениях:

пища усваивается как поглощающими организмом, так и населяющими его бактериями;

приток нутриентов в организме обеспечивается за счет извлечения их из пищи в результате деятельности бактерий, синтезирующих дополнительные питательные вещества;

нормальное питание обуславливается не одним, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ;

физиологически важными компонентами пищи являются балластные вещества (пищевые волокна).

Концепция здорового (функционального питания) - была сформулирована в начале 80-ых годов в Японии, заключается в употреблении функциональных продуктов, содержащих ингредиенты которые приносят пользу для здоровья человека, повышают сопротивляемость организма, улучшающих физиологические процессы. Потребительские свойства функциональных продуктов включают три составляющие (традиционные продукты включают только первые два свойства): пищевая ценность, вкусовые качества и физиологическое воздействие.

Кроме основных теорий питания в последнее время в повседневную жизнь внедряется много альтернативных теорий питания: вегетарианство - система питания, исключающая потребление продуктов питания животного происхождения; лечебное голодание; сыроедение; раздельное питание и другие.

В настоящее время наиболее распространенной и общепризнанной является теория адекватного питания, в которой учитывается весь комплекс факторов питания, взаимосвязь этих факторов в обменных процессах и соответствие ферментных систем организма индивидуальным особенностям протекающих в нем химических превращений. Именно эта теория обеспечивает, так называемое рациональное питание.

Рациональное питание - это питание, при котором соблюдаются три основных (главных) принципа:

1. Баланс энергии - равновесие между поступающей энергией с пищей и расходуемой во время жизнедеятельности;

2. Удовлетворение потребности организма в определенном количестве соотношении и пищевых веществ. Оптимальным соотношением «белок : жир : углеводы» считается 1 : 1.2 : 4.

При этом соотношение между животным и растительным белком должно составлять 55 : 45 %. Поступающие белки должны быть полноценными, то есть содержать все 8 незаменимых аминокислот.

Желательно, чтобы растительные жиры в рационе человека составляли не менее 30 %, а так же необходимо поступление в организм полиненасыщенных жирных кислот.

При поступлении углеводов в суточном рационе содержание моно и дисахаридов не должно превышать 50-100 грамм (10-20 %). Рекомендуется так же потреблять около 25 г грамм в сутки пищевых волокон, из которых 9-10 грамм должна составлять клетчатка.

Потребность в основных витаминах составляет (мг/сутки): В1 - 1.7; В2 - 2; РР - 19; В6 - 2; В12 - 3; С - 70; А - 1000; Е - 10 и Д - 2.5 мкг. Потребность в основных минеральных веществах (мг/сутки) составляет: Ca - 800; P - 1200; Mg - 400; Fe - 14. При этом соотношение основных макроэлементов - кальция : фосфора : магния должно составлять 1:1,3:0,5.

3. Режим приема пищи - важным является определенное время приема пищи, и количество приемов пищи. В основу третьего принципа положено четыре основных правила:

регулярность питания - соблюдение времени приема пищи, при котором у человека вырабатывается рефлекс выделения пищеварительных ферментов;

дробность питания - оптимальным считается 4-х разовое питание;

рациональный подбор продуктов - рационально употреблять животные продукты в первой половине дня, растительные - во второй половине дня, а так же необходимо при каждом приеме пищи соблюдать принципы рационального питания;

оптимальное распределение пищи в течение дня - наилучшее физиологическое распределение пищи по приемам в течение дня составляет: более 2/3 общего количества за завтраком и ужином, и менее 1/3 за ужином. При этом промежуток между завтраком и обедом должен составлять 5-6 часов, между обедом и ужином 5-6 часов, между ужином и началом сна 3-4 часа.



Тема 3. Основные пищевые вещества

3.1 Органические вещества пищевых продуктов

Все вещества входящие в состав пищевых продуктов подразделяют на две группы: группу органических и неорганических веществ. К первой группе относят белки, жиры, углеводы, пищевые кислоты, витамины и ферменты. Ко второй относятся вода и минеральные вещества (микро и макроэлементы).

3.1.1 Белки, их строение и свойства

Белками или белковыми веществами - называют высокомолекулярные полимеры, молекулы которых построены из остатков аминокислот. Исключительное свойство белков состоит в том, что способны самопроизвольно создавать определенную свойственную только данному белку пространственную структуру. Именно это свойство определят разнообразие функций выполняемых белками:

через белки происходит передача генетической информации из поколения в поколение;

строительная или структурная функция;

каталитическая (ферменты);

транспортная (гемоглобин, миоглобин);

защитная (антитела, фибриноген крови, интерферон иммуноглобулин);

сократительная (актин, миозин);

гормональная (инсулин, гормон роста);

резервная (казеин молока, глиадин пшеницы).

Белки состоят из следующих составляющих: углерод (С) - 51-55%, кислород (О2) - 21.5-23.5%, водород (Н) - 6.5-6.7%, азот (N) - 15.0-18.6% и сера (S) - 0.3-2.5%.

Большое количество белка содержится в продуктах животного происхождения (мясо - 14-22%), из растительного сырья высоким содержанием белка характеризуются зерновые (пшеница - 10,6%, крупа гречневая - 12,3%) и бобовые (горох - 20,5%, фасоль - 21%), в остальных растительных продуктах содержание белка незначительно (капуста - 1,8%, яблоки - 0,4%).

Однако ценность белка определятся в нем наличием так называемых «незаменимых аминокислот», то есть тех которые организм человека не способен синтезировать. К незаменимым аминокислотам относят - лейцин, изолейцин, валин, триптофан, фенилаланин, треонин, лизин и метионин. Отсутствие хотя бы одной незаменимой аминокислоты вызывает нарушение деятельности нервной системы, остановку роста и др.

Аминокислотный состав животных белков наиболее близок к составу белков человека. Животные белки, в основном, являются полноценными, тогда как растительные белки в большинстве своем неполноценны.

Пищевую ценность белков так же определят степень их усвоения. Так животные белки характеризуются большей усвояемостью (90%), чем растительные (60-80%). В порядке убывания скорости усвоения белков в желудочно-кишечном тракте человека продукты располагаются следующим образом: рыба> молочные продукты> мясо> хлеб> крупы.

Белковые вещества животного и растительного происхождения подразделяют на группы по следующим признакам:

по степени сложности - простые и сложные;

по форме молекулы - глобулярные и фибриллярные;

по растворимости - водорастворимые (альбумины), солерастворимые (глобулины), спирторастворимые (проламины) и растворимые в растворах щелочей (глютелины).

Белки - это полимеры, состоящие из аминокислот. В молекуле аминокислоты содержаться функциональные группы, которые определяют свойства белков, а именно: аминогруппа - NH2, карбоксильная группа - COOH. В молекуле белка имеется радикал R, имеющий различное строение. В общем виде, молекула белка представлен на рисунке 2.

Рис. 2 Структурный элемент молекулы белка.

Белковые молекулы могут различаться по числу функциональных групп в аминокислотах, по строению боковых цепей. В структуре белка различают четыре уровня организации:

первичная структура - последовательность соединения аминокислот в полипептидную цепочку, в которой свободная аминогруппа одной аминокислоты соединена с карбоксильной группой другой аминокислоты.

вторичная структура - спиралевидная структура полипептидной цепи в пространстве. Скручивание в спираль происходит под действием водородных связей полярных групп соседних аминокислот.

третичная структура - проявляется в компактной упаковке спирали в пространстве.

четвертичная структура - представлена соединением в одну субъединицу нескольких полипептидных цепей, соединенных между собой не ковалентными связями (водородными, гидрофобными и т.д.) и ориентированных определенным образом в пространстве в виде глобул или волокон.

В создании вторичной, третичной и четвертичной структур участвуют водородные, ионные и гидрофобные связи. Солевые связи возникают между основными и кислотными группами белка. Гидрофобное взаимодействие возникает между неполярными участками белковой молекулы.

Свойства белков.

Белки - амфотерные электролиты и характеризуются разнообразными свойствами. Среди технологических свойств белков наиболее важными являются: растворимость, гидратация (набухание), денатурация, пенообразующая способность и др.

Растворимость - способность белка переходить в растворенное состояние. Это свойство является основным, так как определяет остальные технологические свойства. Растворимость зависит от таких факторов как (рН, температура, ионная сила раствора).

Гидратация - способность белка поглощать воду и при определенных условиях образовывать студни.

Водосвязывающая способность - характеризуются адсорбцией воды при участии гидрофильных остатков аминокислот. При невысокой влажности гидрофильные группы, взаимодействуя с молекулами воды образуют мономолекулярный слой, при высокой - вокруг молекулы формируется многослойная структура с одновременным проникновением воды внутрь белковой молекулы. Водосвязывающая способность зависит от аминокислотного состава и структуры белка, от рН, температуры и других факторов.

Жироудерживающая способность - характеризуется адсорбцией жира за счет гидрофобных участков белковой молекулы.

Пенообразование - способность белков образовывать эмульсии в системе жидкость- газ, называемыми пенами. Пены получают механическим распределением воздуха в растворе белка. Это свойство зависит от рН, концентрации белка, температуры. Белки, как пенообразователи, широко используются при изготовлении многих кондитерских изделий.

Гелеобразующие свойства - характеризуются способностью коллоидного раствора из свободно диспергируемого состояния переходить в связанодисперсное с образованием пространственных структур - гелей. Упругие свойства геля зависят концентрации белка, рН, присутствия других белков, солей и полисахаридов.

Денатурация - изменение пространственной ориентации белковой молекулы, не сопровождающееся разрывом ковалентных связей. Денатурация может вызываться повышением температуры, механическим или химическим воздействием и т.д.

Небелковые азотистые соединения.

К таким веществам относятся продукты расщепления белков (полипептиды, аминокислоты) и соединения образующиеся при порче продуктов (амины, аммиак и др.), а также алкалоиды (никотин, сопонин, кофеин чая, теобромин кофе), пуриновые основания, меланоидины, нитриты и др.

Полипептиды и аминокислоты полезны для организма как и белки. Входящие в состав нуклеотидов пуриновые азотистые основания (аденин, ксантин, гипоксантин)- биологически активные вещества. Кофеин и теобромин возбуждают нервную систму и сердечнососудистую систему. Никотин, сопонин, амины- яды. Меланоидины, меланины и нитриты пищевой ценности не имеют.

Азотистые вещества при обработке продуктов претерпевают сложные превращения, приводящие к изменению цвета продуктов. Так, потемнение продукта, сопровождается иногда появлением постороннего запаха и специфического вкуса, наблюдается при очистке картофеля, грибов, яблок; сушке плодов, мяса; выпечке хлеба; во время хранения некоторых продуктов.

Взаимодействие аминокислот с углеводами.

Потемнение продуктов при варке, сушке и т.д. чаще всего вызывается химическими реакциями, а именно при взаимодействии аминокислот с углеводами - реакция меланоидинообразования, в результате которых продукт приобретает темно-коричневую окраску.

В реакциях, в которых участвуют карбонильные группы редуцирующих сахаров и аминокислоты, пептиды и белки, различают две стадии:

окислительно-восстановительное взаимодействие сахаров с аминокислотами, с образованием промежуточных соединений, не имеющих окраски;

альдегидно-аминную полимеризацию промежуточных продуктов и альдегидную конденсацию с образованием окрашенных в коричневый цвет сложных соединений.

Меланоидиновые реакции протекают и при комнатной температуре, но более интенсивно только при большой концентрации сухих веществ. Так натуральное молоко для протекания реакции нужно кипятить, а в сухом или сгущенном виде сахароамминная реакция идет при комнатной температуре. При температуре выше 120С в реакцию вовлекаются не только простые сахара, но и сахароза, мальтоза, декстрины. При запекании, жарении мясопродуктов на поверхности образуется корочка темно-коричневого цвета, в результате реакции меланоидинообразования. В этом случае пищевая ценность продуктов несколько снижается вследствие разрушения аминокислот.

3.1.2 Ферменты

Ферменты (энзимы) - сложные биологические катализаторы белковой природы, изменяющие скорость биохимических процессов и реакций в организме человека.

Молекула ферментов состоит из белковой и небелковой части (кофактор или простетическая группа), которая является активной группой. Ферменты могут действовать как в клетках (внутриклеточные) и после их выделения (внеклеточные), причем внутриклеточные ферменты катализируют реакции синтеза и распада, а внеклеточные только реакции распада веществ.

В реакциях ферменты обладают высокой специфичностью к субстрату, то есть тому веществу или соединению, скорость реакций превращения которого он ускоряет. Для каждой отдельной реакции требуется свой собственный фермент.

Активность ферментов связана с состоянием структуры элементов клетки, в которых они сосредоточены, а так же от концентрации субстрата и условий процесса: температуры, активной реакции среды, присутствия активаторов и ингибиторов и других факторов. Так при низких температурах ферменты не разрушаются, а становятся неактивными, при повышении температуры их активность восстанавливается, но при температуре выше 70-80С активность фермента уничтожается, так как происходит денатурация белковой его части. Например, оптимальная температура для ферментов растительного происхождения составляет 50-60С, для ферментов животного происхождения - 40-50С. Для снижения активности ферментов продукты помещают в среду с низкой температурой или применяют ингибиторы ферментов.

По современной классификации ферменты делят на следующие классы:

оксидоредуктазы: катализируют окислительно-восстановительные реакции (присоединение О2, отнятие и перенос Н, перенос электронов);

трансферазы - катализируют перенос различных групп от одной молекулы к другой (перенос остатков моносахаридов, аминокислот, фосфорной кислоты, метильных групп и др.);

гидролазы - катализируют реакции гидролиза, то есть расщепление сложных органических соединений с участием воды;

лиазы - катализируют реакции не гидролитического расщепления по двойным связям;

изомеразы - катализируют реакции структурных изменений в пределах одной молекулы;

лигазы (синтетазы) - катализируют реакции синтеза.

Каждому ферменту присваивается четырехзначный шифр (код). Первое число указывает класс фермента, второе - подкласс, третье - подподкласс, четвертое - порядковый номер фермента в подподклассе.

При переработке пищевого сырья на качество готовых продуктов и сроки хранения существенное влияние оказывают ферменты первого класса - оксидоредуктазы, и ферменты третьего класса - гидролазы.

На свойства мясного сырья и качество готовых продуктов наибольшее влияние оказывают гидролитические ферменты.

Липаза - катализирует реакцию расщепления триглициридов, с образованием ди-, моноглициридов, глицерина и жирных кислот. Накопление свободных жирных кислот под действием липазы (нарастание кислотного числа) приводит к прогорканию жира, вследствие того, что жирные кислоты (особенно ненасыщенные) легко подвергаются окислению, а это снижает качество и сроки хранения продуктов.

Амилаза - гидролизуют крахмал, гликоген с образованием декстринов и небольшого количества мальтозы.

Протеазы - катализирую реакции расщепления белка. Протеазы могут быть как растительного, так и животного происхождения. Из растительных наиболее известные это папаин - получают из плодов дынного дерева (Carica papaya), расщепляет белки вторую пептидную связь, лежащую за карбоксильной группой фенилаланина; фицин - получают из свежего сока ананаса (Bromeliacea), расщепляет пептидные связи, образованные положительно заряженными аминокислотами. Из животных протеолитических ферментов широко применяют трипсин - секретируется поджелудочной железой, осуществляет гидролиз пептидных связей, образованных карбоксильными группами аргинина и лизина; химотрипсин - секретируется поджелудочной железой в тонкий кишечник, гидролизует пептидные связи, образованные ароматическими аминокислотами (тирозин, триптофан, фенилаланин); пепсин - вырабатывается слизистой желудка, гидролизует пептидные связи, образованные аминными группами фенилаланина и тирозина.

Ферменты могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие при производстве и хранении продуктов. Регулирование активности ферментов, содержащихся в пищевых продуктах, с помощью создания соответствующих условий процесса позволяет управлять качеством производимых продуктов и удлинять сроки их хранения. Например, под действием ферментов происходят процессы созревания сыров, мяса и рыбы, квашение овощей, в результате чего продукты приобретают определенный вкус и аромат, необходимые технологические свойства. В некоторых случаях ферменты вызывают ухудшение качества, а затем и порчу продуктов.

3.1.3 Углеводы

Углеводы - самые распространенные в природе органические соединения. Они встречаются в свободной и связанной формах в любой растительной, животной и бактериальной клетке. Они состоят из углерода, водорода и кислорода в следующем соотношении - на один атом углерода приходится одна молекула воды. Углеводы, как правило, образуются в зеленых растениях в ходе фотосинтеза.

Все углеводы делят на три группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды содержат 3-9 атомов углерода и к ним относятся такие вещества как глюкоза, фруктоза, галлактоза, рибоза.

Глюкоза (виноградный сахар) - в свободном виде содержится в ягодах и фруктах, из глюкозы состоят крахмал, гликоген и др., она является составной частью сахарозы, лактозы.

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

Олигосахариды - молекулы содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. К олигосахаридам относят сахарозу, мальтозу, лактозу, раффинозу и др. Сахароза представляет собой обычный пищевой сахар, мальтоза содержится только в молоке.

Полисахариды - к ним относят крахмал, гликоген, клетчатка и др.

Крахмал - наиболее распространенный углевод. Различают клубневый (картофель, батат) и зерновой (кукуруза, рис) крахмал. Он откладывается в клетках растений в виде зерен, из которых он легко выделяется механическим воздействием и при промывании водой. Крахмал состоит из двух фракций: амилоза (18-25 %) и амилопектин (75-82 %). В ходе технологической обработки под действием влаги и тепла крахмал способен адсорбировать влагу, набухать, клейстеризоваться, подвергаться деструкции.

Гликоген - углевод животного происхождения, накапливается в печени (около 10 %) и в мышцах (0.3-1 %) как запасной источник энергии. При его расщеплении образуются глюкоза, которая поступает в кровь и доставляется ко всем тканям организма.

Клетчатка - основной материал клеточных стенок растений. Ферменты желудочно-кишечного тракта человека не расщепляют клетчатку, и она относится к пищевым волокнам.

Пектиновые вещества - группа высокомолекулярных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок. Они содержаться в плодах, овощах в виде нерастворимого в холодной воде протопектина и растворимого пектина. Переход нерастворимых форм в растворимые происходит в процессе тепловой обработки. Пектиновые вещества способны образовывать гели в присутствии кислоты и сахара. Пектиновые вещества не усваиваются организмом, но играют в физиологии питания человека и технологии более активную роль, чем клетчатка. Они образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами, выводя их из организма, и являются важным профилактическим средством для профилактики различных заболеваний.

Около 52-66% углеводов поступает с зерновыми продуктами, 14-26% с сахарами и сахаропродуктами, 8-10% с клубне-корнеплодами и 5-7% с овощами и фруктами. Количество углеводов в мясе и мясопродуктах сравнительно не велико и составляет около 1-1.5 %. Роль их в мясе определяется участием в биохимических процессах созревания мяса (изменение рН), формирования вкуса и аромата, изменения консистенции.

Углеводы выполняют следующие функции:

являются источниками энергии;

регуляторная (противостоят образованию кетоновых веществ при окислении жиров);

защитная (глюкуроновая кислота соединяясь с токсичными веществами, образует нетоксичные сложные эфиры, которые выводятся из организма);

участвуют в формировании органолептических характеристик продукта.

Среди углеводов есть представители, которые не усваиваются организмом, но выполняют важную физиологическую функцию, которые называются пищевые волокна. Благодаря специфическим функциональным свойствам они активно участвуют в регуляции биохимических процессов органов пищеварения (стимулируют моторную функцию кишечника, препятствуют всасыванию холестерина) и выведения из организма токсических веществ поступающих с водой, пищей и воздухом. Пищевые волокна являются профилактическими веществами таких заболеваний как сахарный диабет, ожирение, ишемическая болезнь сердца.

Углеводы при хранении пищевого сырья, его переработке претерпевают различные изменения, которые зависят от вида углеводов, условий процесса (влажность, температура, рН) и наличия ферментов. Важными превращениями углеводов являются: кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов, брожение, реакции меланоидинообразования и карамелизации.

3.1.4 Липиды

Липиды (жиры) - сложная смесь органических соединений с близкими физико-химическими свойствами, а именно нерастворимость в воде, хорошая растворимость в органических растворителях. По химическому строению они отличаются широким разнообразием, включая в себя большое количество структурных компонентов. Наиболее существенными свойствами жиров являются: нерастворимость в воде, способность образовывать эмульсии, омыляться под действием щелочей, переходить из жидкого состояния в твердое, подвергаться гидролизу и окислению.

По химическому строению липиды являются производными жирных кислот, спиртов, альдегидов, построенных с помощью сложноэфирной, фосфороэфирной, гликозидной связей. Их делят на две группы: простые (молекула не содержит атомов азота, фосфора, серы) и сложные.

К простым липидам относят:

триглицериды -эфиры спирта глицерина и высших карбоновых кислот, составляют основную массу жиров;

воски - сложные эфиры высших одноосновных карбоновых кислот и одноатомных (содержащих одну группу ОН) высокомолекулярных спиртов, они покрывают тонким слоем листья, плоды, стебли растений;

гликолипиды - группа нейтральных липидов, в состав которых входят остатки моноз, содержатся в растениях, животных и микроорганизмах, и выполняют структурные функции.

К сложным липидам относят:

фосфолипиды - сложные эфиры глицерина с жирными кислотами и фосфорной кислотой, которая соединена с азотистым основанием. К ним относятся лецитин, кефалин и другие. Природные фосфатиды обладают гидрофильными и гидрофобными свойствами, то есть являются поверхностно-активными веществами (ПАВ), которые способны при смешении с водой образовывать стойкие эмульсии. В жирах фосфатиды малорастворимы, при увлажнении выпадают в осадок, взаимодействуя с углеводами, белками и поваренной солью образуют соединения растворимые в жире;

стерины - высокомолекулярные одноатомные гидроароматические спирты, встречающиеся в свободном виде в виде стероидов - эфиров жирных кислот. В состав животных жиров входит холестерин, особенно много которого находится в мозге, яичном желтке, плазме крови. Холестерин принимает каталитическое участие в дыхании клеток и тканей. У здорового человека количество холестерина находится в динамическом равновесии, скопление его в больших количествах замедляет развитие молодого организма.

Липиды - важнейший компонент пищи. Они являются основным источником энергии в организме человека, снабжают организм рядом незаменимых факторов питания (полиненасыщенные жирные кислоты - ПНЖК, фосфатиды, жирорастворимые витамины).

Большое значение для организма человека имеет эргостерол который под действием ультрафиолетовых лучей превращается в кальцийферол (витамин Д).

Основные превращения липидов. В процессе хранения продуктов и переработки сырья жиры подвергаются следующим основным превращениям:

гидролиз - распад липидов под действием кислот, щелочей и ферментов с образованием ди-, моноглицеридов и в конечном итоге жирных кислот и глицерина;

переэтерификация - реакция обмена остатков жирных кислот в присутствии катализаторов;

окислительная порча - образование перекисей под действием кислорода воздуха, света и т.д.

3.1.5 Органические кислоты

Органические кислоты содержаться практически во всех продуктах, придавая им специфический вкус. В некоторых продуктах кислоты образуются в результате технологической обработки сырья. Состав кислот в продуктах, созревающих при хранении, подвергается значительным изменениям.

В хлебобулочных изделиях преобладают молочная кислота, в плодово-овощном сырье - яблочная и лимонная, в винограде - винная.

В пищевые продукты пищевые кислоты добавляют для следующих целей: для придания определенного вкуса и формирования консистенции продукта.

Уксусная кислота - получают путем уксуснокислого брожения, используют для консервирования и маринования продуктов.

Молочная кислота - получают молочнокислым брожением сахаров, используют при производстве безалкогольных напитков, кисломолочных продуктов. Молочная кислота имеет ограничения в продуктах детского питания.

Лимонная кислота - продукт лимоннокислого брожения, применяется в кондитерской промышленности, при производстве безалкогольных напитков.

Фосфорная кислота - в высоких концентрациях содержится в молочных, мясных и рыбных продуктах, орехах. Используется при производстве кондитерских изделий и безалкогольных напитках.

3.1.6 Витамины

Витамины - низкомолекулярные соединения органической природы, катализирующие процессы обмена веществ в организме. Эти вещества, как правило, не синтезируются организмом, поступая в него с пищей, то есть, витамины являются незаменимыми факторами питания.

В настоящее время известно более 50 витаминов. В основном они синтезируются растениями, а в животных органах и тканях накапливаются в результате поглощения животными растительных продуктов.

Витамины нестойкие соединения и легко разрушаются под воздействием высоких температур, кислорода воздуха, ультрафиолетового излучения и других факторов. То есть, в процессе производства и хранения продуктов питания содержание в них витаминов уменьшается.

Витамины делят на две большие группы - это водорастворимые и жирорастворимые витамины.

Водорастворимые витамины

К водорастворимым витаминам относятся: витамин С, витамины группы В, витамин РР, биотин и др. Рассмотрим краткую характеристику основных представителей этой группы.

Витамин С (аскорбиновая кислота) - является противоцинговым фактором, регулирует окислительно-восстановительные процессы, положительно действует на нервную систему, повышает сопротивляемость организма, участвует в обеспечении проницаемости кровеносных сосудов, повышает их прочность и эластичность, способствует лучшему усвоению железа. Этот витамин в продуктах играет роль антиокислителя.

Аскорбиновая кислота нестойкая, легко разрушается под действием кислорода воздуха, температуры (при тепловой обработке теряется 25-60%), под действием кислот и щелочей, мало чувствителен к свету.

Основными источниками поступления являются овощи (капуста, молодой картофель), ягоды (черная смородина, шиповник), фрукты.

Витамин В1 (тиамин) - участвует в регулировании углеводного обмена. Недостаток витамина приводит к нарушению работы нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, к заболеванию полиневритом.

Витамин В1 стоек к действию кислорода, кислот, чувствителен к действию солнечного света, температуры.

Основные источники: зерновые (хлеб из муки грубого помола), бобовые (горох, фасоль), мясопродукты (свинина).

Витамин В6 (пиридоксин) - участвует в синтезе и превращениях жирных кислот и аминокислот в качестве кофермента, необходим для нормальной деятельности нервной системы, органов кроветворения, печени. Недостаток вызывает дермиты.

Витамин В6 устойчив к повышенным температурам, щелочам, кислотам, разрушается под действием света.

Источники: мясные продукты, рыба, бобовые (соя, фасоль), овощи. Некоторое количество витамина поступает в организм в результате деятельности кишечной микрофлоры.

Витамин В2 (рибофлавин) - участвует в качестве кофермента в ферментах, катализирующих транспорт электронов в окислительно-восстановительных реакциях. Участвует в обмене белка, жира. Нормализует деятельность нервной и пищеварительной систем, необходим для нормальной деятельности органов кроветворения, печени.

При недостатке витамина возникают заболевания кожи (себорея, псориаз), воспаление слизистой оболочки полости рта, развиваются заболевания желудочно-кишечного тракта.

Основными источниками витамина являются молочные продукты (молоко, творог, сыр), мясные продукты, крупы, бобовые.

Витамин РР (ниацин) - участвует в качестве кофермента в окислительно-восстановительных реакциях. Играет важную роль в тканевом дыхании, участвует в углеводном обмене. Способствует усвоению растительного белка.

При недостатке в организме наблюдается вялость, бессонница, сердцебиение, понижается сопротивляемость к инфекционным заболеваниям. При значительном недостатке ниацина развивается пеллагра - заболевание, приводящее к расстройству слизистой полости рта и желудка.

Источники: мясные продукты (свинина, говядина), рыба. Ниацин также может образовываться из триптофана, его провитамина (из 60 мг триптофана образуется 1 мг ниацина).

Витамин В9 (фолиевая кислота) - участвует в процессах кроветворения, переноса аминокислот и нуклеиновых кислот, холина, пуриновых и пиримидиновых оснований.

Недостаток фолиевой кислоты проявляется в нарушении кроветворения (анемия, лейкомия), работе пищеварительной системы.

Источники поступления: зелень (петрушка, салат, шпинат), овощи, творог, хлеб, печень.

Биотин (витамин Н) - входит в состав ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования, участвует в биосинтезе липидов, углеводов, аминокислот. При недостатке возникает депигментация и дерматит кожи.

Источники поступления: печень, почки, зерновые, бобовые.

Жирорастворимые витамины

К витаминам этой группы относятся такие как: витамин А, витамин Д, витамин Е и витамин К. Дадим краткую характеристику этих витаминов.

Витамин А (ретинол) - участвует в биохимических процессах, связанных с деятельностью мембран клеток функционирования органов зрения.

При недостатке ретинола замедляется рост, нарушается зрение, появляются трещины кожи. Витамин А легко окисляется и разрушается под действием света, температуры.

Обнаружен только в продуктах животного происхождения. Особенно его много в рыбьем жире, печени трески, молоке, сливочном масле. Однако потребность в этом витамине может быть покрыта за счет растительной пищи, содержащей провитамин А - -каротина. Из одной молекулы -каротина образуется две молекулы витамина А.

Витамин Д (кальцийферол) - регулирует содержание кальция и фосфора в крови, участвует в минерализации костей.

Хронический дефицит приводит к рахиту у детей и разрежению костей у взрослых. При избытке витамина развивается витаминная интоксикация. Витамин Д не разрушается при кулинарной обработке, очень чувствителен к свету и действию кислорода.

Источники: рыбий жир, печень говяжья и трески, яйца, молоко.

Витамин Е (токоферол) - предотвращает окисление ненасыщенных жирных кислот в липидах, влияет на биосинтез ферментов. Положительно влияет на функцию половых желез. При нехватке витамина нарушается функция размножения, наблюдается поражение миокарда, сосудистой и нервной систем.

...