Химический состав пищевых продуктов и роль отдельных химических веществ в пищевых технологиях

Основными компонентами пищевых продуктов являются белки, углеводы, жиры, пищевые кислоты, соли минеральных кислот, ферменты витамины, вода.

Белки. Белки – органические высокомолекулярные соединения, в состав которых входят 5 элементов: N₂, C, O₂, H₂, S. Белковые вещества построены из аминокислот, имеют 2 группы NH₂ и COOH, молекулы соединены пептидными связями. Суточная потребность в белках 100-120 г. Белками богато мясо, молоко. Свойства белков, которые применяются в пищевых отраслях:

1) способность к гидратации, то есть к поглощению и удержанию влаги. В нормальных условиях белки способны удерживать двух- трехкратное количество воды. Набухание обусловлено способностью белков относящихся к гидрофильным веществам поглощать воду и при определенных условиях образовывать растворы называемые студнями. Свойство набухания применяется в пищевых технологиях: набухание белков масличных семян при производстве растительного масла;

2) денатурация, то есть изменение пространственной ориентации белковой молекулы. Денатурация обуславливается повышением температуры, механическим и химическим воздействием, например, в свеклосахарном производстве необходимо разрушить протоплазму свекловичной клетки, которая состоит из белков, нагреваемых выше 60⁰С, при этом белок свертывается и в оболочке клетки открываются поры обеспечивающие экстрагирование сахарозы (С₁₂Н₂₂О₁₁) и других растворенных веществ из вакуоли в окружающую среду;

3) пенообразование, то есть образование эмульсии в системе «жидкость-газ» называющиеся пенами. Белки как пенообразователи широко используются при приготовлении кондитерских изделий (безе, зефир, пастила);

4) способность к гидролизу, то есть расщеплению на составные части в присутствии кислот и ферментов. Эта способность используется при рафинировании масла.

Жиры (липиды). Нормирование жира может производится соответственно калорийной ценности суточной нормы пищевого рациона, при этом на 1000 ккал предусматривается 35 г жира. Жиры обладают определенными свойствами, которые необходимо учитывать в пищевых технологиях, к ним относятся:

1) все жиры в воде не растворимы, но растворимы в органических растворителях, это свойство используется при получении растительных масел экстракционным способом;

2) жиры хорошо растворяют в себе многие органические вещества, в том числе и ароматические;

3) при нагревании под давлением жиры расщепляются на глицерин и соответствующие жирные кислоты, в присутствии щелочи эта реакция идет с образованием глицерина и солей жирных кислот, это свойство жиров используется в парфюмерной и сахарной промышленности;

4) жиры в присутствии ПАВ (эмульгаторов) способны образовывать стойкие эмульсии (производство маргарина и майонеза);

5) при хранении в неблагоприятных условиях (повышенная температура, влажность, свет) жиры под воздействием фермента липазы гидролизуются на глицерин и свободные жирные кислоты, которые под воздействием кислорода окисляются с образованием продуктов с горьким вкусом – прогоркание жиров;

6) при высоких температурах (250-300⁰С) жиры гидролизуются на жирные кислоты и глицерин, который разлагается до вещества с неприятным запахом – акролеин;

7) в результате гидрогенизации (насыщение водородом полиненасыщенных жирных кислот) жиры могут переходить из жидкого

состояния в твердое – производство маргарина.

Углеводы. Природные органические соединения, состоящие из 3 элементов: С, Н₂ и О₂. углеводы образуются в зеленых листьях растений из диоксида углерода, воды под воздействием солнечной радиации при участии природного фотокатализатора – фотосинтез. Углеводы делятся на:

1) простые (моносахариды) – углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых соединений. К ним относятся гексозы: глюкоза, фруктоза, арабиноза, ксилоза – являются структурными компонентами сложных полисахаридов. В этой группе важное значение имеют глюкоза и фруктоза, которые присутствуют в плодах, ягодах. Промышленным способом глюкозу получают путем кислотного и ферментативного гидролиза крахмала. Глюкоза сбраживается дрожжами, сладость ее составляет 70% всей сладости сахарозы. Фруктоза (левулеза) на воздухе гигроскопична, что затрудняет ее использование в чистом виде. В водных растворах быстро разлагается, как и глюкоза сбраживается дрожжами. По сладости более чем в два раза превышает глюкозу;

2) сложные углеводы (ди- и полисахариды), они способны гидролизоваться на более простые, у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода. Сложные углеводы делятся на 2 вида:

- низкомолекулярные (сахароподобные или олигосахариды);

- высокомолекулярные (несахароподобные).

К первой группе относится сахароза, мальтоза, лактоза. Они обладают свойством подвергаться кислотному или ферментативному гидролизу с образованием двух моноз. Сахароза наиболее распространенный в растительном мире сахар, содержится в сахарной свекле, тростнике, плодах дыни и арбуза. Хорошо сбраживается дрожжами, подвергается гидролизу

С₁₂Н₂₂О₁₁+Н₂О→С₆Н₁₂О₆+С₆Н₁₂О₆

Смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром.

Мальтоза при гидролизе распадается на 2 молекулы глюкозы. Она содержится в семенах злаковых, особенно при их прорастании. Мальтоза получается в результате ферментативного гидролиза крахмала.

Лактоза при гидролизе распадается на галактозу и глюкозу, содержится в молоке.

Ко второй группе относится крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества. Крахмал является наиболее важным по пищевой ценности полисахаридом. При кипячении с разбавленными кислотами превращается в глюкозу, при ферментативном гидролизе (солодовой амилазой) образуется мальтоза и частично глюкоза. В пищевой промышленности крахмал является основным сырьем для производства глюкозы и патоки, которая применяется в кондитерском производстве. Целлюлоза (клетчатка) – пищевой углевод, практического значения как источник энергии не имеет, но, хотя клетчатка в тонком кишечнике почти не усваивается, нормальное пищеварение без нее практически невозможно. Недостаток клетчатки в диете способствует развитию ожирения, желчнокаменной болезни, сердечно-сосудистых заболеваний. Клетчатка создает благоприятные условия для нормального продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту. Кроме того, клетчатка нормализует деятельность полезной кишечной микрофлоры, способствует (особенно вместе с пектином, содержащемся в овощах и фруктах) выведению из организма холестерина. Пектиновые вещества образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами и радионуклидами и выводят их из организма. В кислой среде в присутствии сахара и кислоты образуют плодово-ягодные студни, на этом свойстве пектиновых веществ основано производство джемов, пастилы.

Пищевая ценность углеводов. Относительная сладость сахаров в условных единицах по данным РАМН: сахароза 100%, фруктоза 173%, глюкоза 74%, галактоза 32,1%, мальтоза 32,5%, лактоза 16%, инвертный сахар 130%.

Свойства углеводов, используемых в пищевых технологиях:

1) способность простых углеводов сбраживаться ферментами дрожжей (получение вина, пива);

2) простые углеводы можно получить предварительным гидролизом полисахаридов (спиртовое производство);

3) способность растворяться в воде и кристаллизоваться (сахарная промышленность);

4) отсутствие свойства растворения в воде (технология получения чистого крахмала из картофеля);

5) способность крахмала к гидролизу дает возможность получать полные и неполные продукты гидролиза;

6) способность пектиновых веществ образовывать студни в присутствии сахарозы и органических кислот (кондитерское производство).

Ферменты. Ферментами или энзимами называют сложные биологические катализаторы белковой природы, изменяющие скорость химических реакций. Ферменты в одних случаях ускоряют технологические процессы пищевых производств, в других затрудняют.

Превращение исходного сырья в готовые продукты в виноделии, пивоварении, производстве спирта, сыроделии, хлебопечении ускоряют технологические процессы. В сахарном производстве ферменты разлагают сахарозу – отрицательное влияние. Ферменты обладают резко выраженным специфическим действием, например, инвертаза расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу; амилазы – группа ферментов гидролизующих крахмал с образованием декстринов и мальтозы. Гидролиз пектиновых веществ протекает с участием пектолитических ферментов, их применение дает возможность повышать выход продукта и осветлять плодово-ягодные соки.

Органические кислоты. Во многих случаях определяют вкусовые достоинства. Суточная потребность в них около 2 г, удовлетворяется за счет фруктов, овощей. В продуктах питания преобладают молочная, яблочная, винная, лимонная кислоты.

Минеральные вещества. Не обладают энергетической ценностью как белки, жиры и углеводы, однако без них жизнь человека невозможна. Минеральные вещества делятся на 2 группы:

1) макроэлементы – Са, Р, Мg, Nа, К, Сl, S, содержатся в пище в относительно больших количествах;

2) микроэлементы – Fe, Zn, Cu, J, F. Содержание минеральных веществ в продуктах составляет в среднем 1%: 0,99% - макроэлементы, 0,01% - микроэлементы.

Витамины. Витаминами называют группу веществ органической природы, играющих исключительно важную роль в деятельности организма, они необходимы человеку для нормального обмена веществ, роста тканей, защиты от болезней. Организм человека не синтезирует витамины, он должен получать их с пищей. Витамины делятся на водорастворимые: С, Н, В и жирорастворимые: А, D, Е, К. Тепловая обработка, хранение приводят к снижению их пищевой и витаминной ценности, например, при помоле муки высших сортов с отрубями теряется 20% витаминов содержащихся в исходном сырье.

Вода. Организм человека на ⅔ состоит из воды. Приблизительно 87% воды человек получает с пищей и напитками, остальные 13% образуются в результате окисления пищевых веществ. Вода является идеальной средой, в которой совершаются все процессы синтеза и распада, кроме того вода сама участвует в химических реакциях. Содержание воды в пищевых продуктах колеблется, например, в сахаре, чае, соле, растительном масле ее почти нет, в овощах ее 95%. Влажность, в % некоторых продуктов:

- мука, зерно 12-15%;

- хлеб 38-48%;

- сахар-песок 0,14%;

- крахмал 13%;

- фрукты 75-90%;

- овощи 65-95%;

- молоко 87-88%;

- сливочное масло 14-15%;

- растительное масло 1%;

- мясо говяжье 54-79%;

- яйца 74%.

Избыточная влажность пищевых продуктов способствует поражению их плесенями и другими вредными микроорганизмами, активизирует действие ферментов, которые могут вызвать порчу продукта, и, наоборот, удаление воды высушиванием или замораживанием дает возможность длительного хранения.