Основные пищевые вещества

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;

Рекомендуемые материалы

- 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.

 H₂N – CH – СН₂ – CO – NH – CH₂ – ……  - CO – NH – СН – СН₂ - СООН

                                                    

           R                                                                               R

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:

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

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

3. третичная структура – проявляется в компактной упаковке спирали в пространстве.

4. 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 120°С 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 70-80°С активность фермента уничтожается, так как происходит денатурация белковой его части. Например, оптимальная температура для ферментов растительного происхождения составляет 50-60°С, для ферментов животного происхождения - 40-50°С. 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 - b-каротина. Из одной молекулы b-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.

Витамин Е устойчив к нагреванию, разрушается под действием ультрафиолетовых лучей.

Распространен в растительных объектах, в первую очередь в маслах: соевом, хлопковом, подсолнечном. 

Витамин К – необходим для нормализации и ускорения свертывая крови. При недостатке наблюдается повышение кровоточивости, особенно при порезах.

Основные источники: укроп, шпинат, капуста.

3.2    Неорганические вещества пищевых продуктов

3.2.1 Минеральные вещества

Роль минеральных веществ в организме весьма разнообразна, несмотря на то, что они не являются обязательными компонентами питания. Минеральные вещества не обладают энергетической и пищевой ценностью, но выполняют пластические функции в процессах жизнедеятельности, и особенно велика их роль в построении костной ткани. Минеральные вещества участвуют так же в обменных, ферментативных процессах, способствуют поддержанию кислотно-щелочному равновесию организма. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передачи нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови.

С участием минеральных веществ в организме образуются вещества кислотного и щелочного характера. Между этими соединениями устанавливается равновесие, определяющие постоянство количества ионов водорода. Считается необходимым, чтобы в продуктах питания несколько преобладали щелочные элементы. Щелочные элементы содержаться преимущественно в продуктах растительного происхождения (из продуктов животного происхождения – в молоке), кислые – в продуктах животного происхождения.

Все минеральные вещества, входящие в продукты разделяют на микро- и макроэлементы.

Макроэлементы.

Макроэлементы -  содержаться в продуктах в относительно больших количествах (более 0,01 %). К ним относятся Ca, P, Mg, Na, K, Cl, S. Макроэлементы являются пластическим материалом для построения костной ткани, их обмен в организме тесно связан с водным обменом.

Дадим краткую характеристику некоторым макроэлементам.

Кальций – составляет основу костной ткани, активирует деятельность ряда ферментов, которые участвуют в поддержании ионного равновесия, влияют на процессы в нервно-мышечной и сердечно-сосудистой деятельности. Калий относится к трудно усвояемым элементам, так соединения кальция практически не растворяются в воде. Потребность  в кальции составляет 800 мг/сутки для взрослых и   1000 мг/сутки для детей. При его недостатке наблюдается его повышенное выделение из костей и зубов, у взрослых развивается остеопороз – деминерализация костной ткани, у детей – нарушается становление скелета. 

Основные источники: молоко и молочные продукты (сыр, творог), зеленый лук, петрушка, фасоль.

Фосфор – входит в состав белков, фосфолипидов, нуклеиновых кислот. Соединения фосфора принимают участие в обмене энергии (АТФ, креатинфосфат), синтезе и расщеплении веществ.

При длительном дефиците фосфора организм использует собственный фосфор, что приводит к деминерализации костей, снижается умственная и физическая работоспособность, отмечается потеря аппетита и апатия. Потребность – 1200 мг/сутки.

Источниками фосфора являются рыба, хлеб, мясо, фасоль, горох и др.

Магний – участвует в формировании костей, регуляции работы нервной системы, сердечной мышцы, обмене углеводов и энергии, стимулирует желчеотделение.

Усвоению магния мешают фитин и избыток жиров и кальция в пище. Потребность – 400 мг/сутки. При недостатке этого элемента нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций.

Источники: пшеничные отруби, крупы, бобовые, орехи.

Натрий -  участвует в создании буферной системы крови, в регуляции кровяного давления, в водном обмене, активирует пищеварительные ферменты, регулирует нервную и мышечную деятельность.

Этот макроэлемент легко всасывается из кишечника, и его уровень во внеклеточной жидкости тщательно поддерживается почками.    Потребность в натрии составляет 1000 мг/сутки. Основные источники поступления в организм данного макроэлемента являются соль и хлебопродукты.

Калий – внутриклеточный элемент, регулирующий кислотно-щелочное равновесие в крови. Участвует в передаче нервных импульсов, регулирует водно-солевой обмен, активирует ряд ферментов.

Калий хорошо всасывается из кишечника, а его избыток легко выводится из организма. Потребность – 2500-4000 мг/сутки. Дефицит калия появляется при нарушении функции нервно-мышечной и  сердечно-сосудистой системы, снижении артериального давления.

Источники: картофель, бобовые (фасоль, горох), морская капуста, яблоки.

Хлор – участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы крови, активирует ряд ферментов.  Он легко всасывается в кровь из кишечника, при избыточном поступлении способен отлагаться в коже. Потребность – около 5000 мг/сутки. Основными источниками являются соль и хлебопродукты.

Сера – входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот, некоторых гормонов и витаминов. Участвует в процессах белкового обмена. Потребность около 400-600 мг/сутки. Содержание серы обычно пропорционально содержанию белков, поэтому ее, как правило, больше в продуктах животного происхождения.

Микроэлементы.

Микроэлементы содержаться в продуктах в незначительном количестве (0,001-0,00001%). В зависимости от выполняемых в организме функций их делят на три группы:

· жизненно-небходимые – Cu, Mn, Co, Zn, J.

· функционально-полезные – Md, F, Se.

· вредные и токсичные – Pb, Hg, As.
          Дадим краткую характеристику основным представителям данной группы веществ пищевых продуктов.

Железо – участвует в образовании гемоглобина, необходимо для биосинтеза  соединений обеспечивающих дыхание, участвует в иммунобиологических реакциях.

Всасыванию железа препятствует щавелевая кислота и фитин, для его усвоения необходим витамин В₁₂ , а так же усвоению способствует аскорбиновая кислота. Недостаток железа приводит к развитию анемии, нарушается газообмен, клеточное дыхание. Потребность составляет 14 мг/сутки.

Источники: печень, почки, бобовые, овощи, ягоды. Из мяса железо усваивается на 30 %, из зерновых – на 5-10 %.

Медь – участвует в образовании эритроцитов, развитии скелета, центральной нервной системы.

Избыточное потребление меди приводит к раздражению слизистых, поражению капилляров, печени и почек. Суточная потребность в данном нутриенте около 2 мг в день.

Основные источники: печень, яичный желток, зеленые овощи.

Цинк – входит в состав гормона инсулина, участвует в углеводном обмене, регулирует деятельность нервной системы. Микроэлемент так же важен для процессов пищеварения и усвоения питательных веществ, так как он обеспечивает синтез пищеварительных ферментов в поджелудочной железе. 

При недостатке цинка возникают сухость и ранимость кожи, выпадение волос, раздражительность. Потребность: 8-22 мг/сутки. Источники: печень, бобовые.

Йод – участвует в образовании гормона тироксина. Потребность в йоде составляет 100-150 мкг/сутки. Основные источники: морская рыба, печень трески, морская капуста.

Фтор – при его недостатке разрушается зубная эмаль. Потребность – 3 мг/сутки. Источники: морская рыба, чай.

При переработке пищевого сырья, как правило, происходит уменьшение количества минеральных веществ, кроме производств, где происходит добавление соли. В растительных продуктах  они, во-первых, теряются с отходами, и, во-вторых, при технологической обработке теряется еще от 5 % до 30 % минеральных веществ. Мясные продукты в основном теряют такие минеральные вещества как кальций и фосфор. При тепловой обработке (варка, жарка, тушение) мясопродукты теряют от 5 % до 10 % минеральных веществ.

При хранении продуктов из упаковки могут переходить такие токсичные элементы как свинец, кадмий и олово. Следует учесть, что ряд тяжелых металлов (железо, медь) даже в небольших концентрациях могут вызвать нежелательное окисление продукта, особенно их жировой фракции.

       3.2.2 Вода

Вода – важнейший компонент пищевых продуктов. Это не просто универсальный растворитель для пищевых веществ, но и среда, в которой протекают все химические реакции. Вода оказывает определяющие влияние на многие качественные характеристики продуктов, среди всех веществ вода по важности занимает первое место. Она является дисперсной средой для крови, лимфы, протоплазмы, влияет на коллоидное состояние этих систем.

В продуктах вода обуславливает консистенцию и структуру, влияя на внешний вид, вкус и устойчивость при хранении.

В составе костей и зубов содержится 10-20 % воды, в сердце, мозге и легких -  около 80 %, в мышцах –76 %, в лимфе – 96 %.

Вода распространена в организме между двумя основными пространствами: внутриклеточным и внеклеточным. Вода свободно диффундирует между этими пространствами, тогда как движение растворенных в ней  веществ, строго регламентируется.

Вода выполняет в организме следующие функции:

· растворяет вещества, поступающие с пищей;

· участвует во всех реакциях окисления, гидролиза сложных органических веществ;

· транспортную в процессе обмена веществ;

· вымывает отходы из клеток;

· предохраняет организм от перегрева и охлаждения, равномерно распределяя тепло;

· входит в состав всех органов и тканей.

Водный обмен тесно связан с белковым, жировым, углеводным и др. обменами. Так, при избыточном потреблении воды, происходит усиленный распад  белков, образовавшиеся продукты выводятся из организма. Соли натрия вызывают задержку воды в тканях, а соли калия и кальция способствуют ее удалению.

Суточная потребность человека и воде близка к 40 г. на каждый килограмм  массы тела, что для взрослого человека составляет  около 2.5 литров. Часть этого количества воды образуется в организме в результате окисления пищевых веществ. Так каждые 100 г. жира при полном окислении в организме дают 107 г , 100 г. белка- 40 г. воды. Влага, выполнив свои функции, удаляется из организма в виде выделений. Количество удаляемой воды из организма в нормальных условиях находится в строгом соответствии  с количеством поступающей в него воды.

В продуктах питания содержание воды различно. В свежих плодах и овощах содержится 72-95 % воды, в мясе - 58-78 %, рыбе - 62-84 %, в молоке-88 %, в хлебе-35-50 %, в сахаре-0.14 %. Количество воды в продуктах влияет на их качество, активность микробиологических и биохимических процессов, сохранность.

Вода обладает широким спектром физических и химических свойств. Вода может существовать в трех состояниях – жидком (вода), твердом (лед) и газообразном (пар). Среди физических свойств выделяют следующие: точка замерзания (плавления) воды - 0°С, температура кипения - 100°С, тройная точка – 0,0099°С. При замерзании вода способна расширяться, так же она обладает высокой теплоемкостью (наибольшую среди жидкостей) и высокую теплопроводность.

 Свойства пищевых продуктов зависят как от количества в них воды, так и от формы связи ее с другими компонентами. Влага в продукте может находиться в связанном и свободном состоянии.

Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно удерживаемая различными компонентами (белками, липидами, углеводами) за счет химических и физических связей.

Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических процессов.

По формам связи влаги материалом различают:

- химическую (ионную и молекулярную);

- физико-химическую (адсорбционную, осмотическую);

- физико-механическую (влагу макро- и микрокапилляров, влагу смачивания).

Химически связанная влага.

Эта влага находиться в виде гидроксильных ионов или заключена в кристаллогидраты. Это наиболее прочно связанная форма влаги, которая может быть удалена из продукта только при прокаливании или путем химического воздействия.

Физико-химически связанная влага.

1. Адсорбционная  - образуется за счет способности полярных групп белков взаимодействовать с диполями воды. Если во взаимодействие вступают ионизированные группы белка (COO^-, NH₃⁺), то такую влагу называют ионной, если взаимодействуют неполярные группы (OH-, SH-, NH-, -O-NH) – то влагу называют молекулярной. Ионная адсорбция характеризуется более прочной связью заряженных групп с молекулами воды, чем молекулярная. Такая влага не растворяет органические вещества, минеральные соли, замерзает при температуре -71°С, удаляется при температуре выше 100°С, при этом происходит изменение белков.

2. Осмотическая – обусловлена наличием в клетке повышенного осмотического давления различных растворов органических и неорганических веществ. Повышенное осмотическое давление, способствует притоку воды в ткани, сохраняется за счет полупроницаемой клеточной оболочки. Осмотическая влага удаляется при механическом и др. разрушений тканей, тепловой денатурации белков.

Физико - механически связанная влага

1. Капиллярная – влага, удерживаемая в системе пор и капилляров. Эта влага представляет собой растворы, содержащие органические и минеральные вещества продукта. Такая влага может быть удалена из продукта путем применения давления, превышающего величину капиллярного давления. Она быстрее всех удаляется при высушивании и выпаривании.

2. Влага смачивания – растворяет соли, сахара и др., замерзает при 0°С, легко удаляется при выпаривании и высушивании.

Активность воды

Установлено, что при определенных условиях между термодинамической активностью воды и ростом микроорганизмов существует взаимосвязь. Исходя из этого, оптимальные условия  устойчивости пищевых продуктов к химическим и микробиологическим процессам, должны устанавливаться не на основе значения показателя активности воды a_w, характеризующего ее доступность  для микроорганизмов. С помощью этого показателя a_w устанавливается взаимосвязь между наличием в продукте доступной для микроорганизмов воды и вероятность жизнедеятельности в продукте тех или иных видов микрофлоры.

С физико-химической точки зрения активность воды характеризует способность воды к улетучиванию из раствора относительно способности к улетучиванию чистой воды, при одной и той же температуре.

Численно a_w в пищевых продуктах равна отношению давления водяного пара на поверхности продукта (P_w) к давлению пара над водой (P₀):

         

По активности воды все продукты делят на:

· Продукты с высокой влажностью, a_w>0.9

· Продукты с промежуточной влажностью, 0.6<a_w<0.9

· Продукты с низкой влажностью, a_w<0.6

 В продуктах с низкой влажностью микробиологические процессы не протекают, они сохраняют свои качества длительное время. В продуктах с высокой влажностью хорошо развиваются все виды микроорганизмов, и они быстро подвергаются порче. В продуктах с промежуточной влажностью преобладают микробиологические и ферментативные процессы. В них наиболее вероятно развитие дрожжей, плесеней и др. видов бактерий. Чтобы снизить развитие микрофлоры в продукте следует снижать активность воды введением гидрофильных добавок (соль, сахар).

Требования к воде, используемой для пищевых целей.

На технологические цели используется питьевая вода городских водопроводов или артезианских колодцев, которая должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2874-73. Согласно нему вода должна быть прозрачной, бесцветной, не иметь посторонних  привкусов и запахов, не содержать патогенных микроорганизмов.

Коли-титр –наименьший объем воды, в котором обнаруживается кишечная палочка коли, не менее 300мл.

Коли-индекс- количество палочек в одном литре воды,   не    более 3.

В воде содержатся минеральные вещества, главным образом бикарбонаты и сульфаты К и Мg. Кроме того, в воде могу быть хлориды, нитраты, нитриты, фосфаты и органические соединения.

Большое количество хлора, щелочей и даже малые количества аммиака, азотной, азотистой и фосфорной кислот, а так же органических веществ указывают на загрязнения воды животными отбросами. Такую воду  применять в технологических процессах запрещено. Вода должна содержать минимальное количество продуктов распада органических азотистых веществ ( нитриты, нитраты, аммиак ) , легко окисляющихся неорганических примесей. Аммиака и нитратов допускается лишь следы, нитритов не более 40 мг/л, окисляемость – не выше 3 мг О₂.

Оценку воды принято производить по жесткости, т.е. общему содержанию в ней Ca и MgO . Она выражается в миллиграмм – эквивалентах (мг-экв) ионов Ca и  Mg на 1л воды; 1 мг-экв соответствует  содержанию 20.04 мг Ca²⁺  или 12.16 мг Mg²⁺.

 По степни жесткости воду делят на:

· Очень мягкая до 1.5 мг-экв /л

Бесплатная лекция: "Вопросы для самопроверки" также доступна.

· Мягкая                 1.5 – 3.0

· Умеренно-жесткая  3.0 – 6.0

· Жесткая                    6.0 –9.0

· Очень жесткая       >9.0

Подготовка воды заключается в умягчении и подогреве или охлаждении до температуры, определяемой условиями технологического процесса.

Растворимость содержащихся в воде карбонатов, хлоридов и др. веществ, солей Ca  и  Mg, в присутствии др. растворенных веществ (спирта, сахара и т.д.) понижается, они выпадают в осадок, иногда вызывая брак, поэтому для приготовления растворов исходную воду умягчают. Для умягчения воду обрабатывают катионитами, обменивая Ca²⁺   и    Mg²⁺   в воде катионы Na⁺ катионита. Регенерируют катионы в растворе NaCl. Для устранения постороннего запаха и привкуса рекомендуют обработку воды активированным углем.