Органические вещества

У г л е в о д ы образуются при фотосинтезе в зеленых листьях растений из углекислого газа воздуха и воды. На долю углеводов приходится до 90 % сухого вещества растительных продуктов иоколо 2 % сухого вещества продуктов животного происхождения. Они являются основным источником энергии и занимают в рационе питания первое место (около 56 %). Углеводы также служат пластическим материалом, оказывают тонизирующее действие на центральную нервную систему, участвуют в обмене веществ, выполняют защитные функции.
В зависимости от строения молекул углеводы делятся на моносахариды (простые сахара),? лигосахариды (сахароподобные сложные углеводы) и полисахариды (несахароподобные сложные углеводы); по пищевой ценности на усвояемые и неусвояемые. К усвояемым углеводам относятся моносахариды, олигосахариды, полисахариды (крахмал, продукты его гидролиза, гликоген); к неусвояемым - клетчатка, гемицеллюлоза, пектиновые вещества.

М о н о с а х а р и д ы представлены альдо- и кетоспиртами, включают пентозы и гексозы.

Пентозы содержат пять углеродных атомов. Пентозы арабиноза, ксилоза и рамноза входят в состав сложных полисахаридов пентозанов, содержащихся в оболочках зерна хлебных злаков, в стержне кукурузных початков, в плодах и овощах. Их содержание в муке пшеничной высшего сорта - 2 %, обойной - 8 %, ржаной - до 10 %. Структурная формула пентоз С₅Н₁₀О₅, в пентозанах содержатся в виде ангидридов С₄Н₈О₄. Пентозаны способны набухать, поглощая 8-кратное количество воды, образуя студни; организмом человека не усваиваются. Пентозы рибоза и дезоксирибоза служат строительным материалом при синтезе нуклеиновых кислот РНК и ДНК.

Гексозы имеют общую формулу С₆Н₁₂О₆. Важнейшие представители глюкоза, фруктоза и галактоза.

Глюкоза и фруктоза содержатся в плодах, овощах, меде. Глюкоза входит в состав олигосахаридов и полисахаридов, в чистом виде усваивается лучше всех других углеводов. Важнейшим потребителем глюкозы является мозг человека: при недостатке глюкозы человек впадает в коматозное состояние.
Фруктоза в некоторых плодах (яблоках, грушах, арбузах) является преобладающим сахаром, входит в состав сахарозы и полифруктозида инулина.
Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Она входит в состав молочного сахара, агара, гумми-слизей, гемицеллюлоз. Галактоза содержится в тканях мозга и нервных волокон.

Роль гексоз в технологии пищевых производств очень велика, так как процесс брожения начинается с гексоз (цикл Кребса). Различают брожение спиртовое, молочно-кислое, масляно-кислое, уксусно-кислое, бутановое и другие.

О л и г о с а х а р и д ы имеют общую структурную формулу С₁₂Н₂₂О₁₁.
Лактоза - молочный сахар, содержится в молоке в количестве 4,7 % по массе, состоит из остатков глюкозы и галактозы. Лактоза - хорошая среда для развития молочно-кислых бактерий, поэтому лактоза нормализует микрофлору кишечника, препятствует развитию гнилостных микроорганизмов.
Мальтоза - солодовый сахар. Образуется при кислотном или ферментативном гидролизе крахмала; содержится в крахмальной патоке, солоде; при гидролизе распадается на две молекулы глюкозы.

Сахароза - тростниковый сахар, получают в промышленных масштабах из сахарной свеклы и сахарного тростника. Используется в повседневном питании, входит в состав кондитерских изделий, пищеконцентратов, консервов, содержится в меде, овощах, фруктах. При кислотном или ферментативном гидролизе сахарозы образуется равное количество глюкозы и фруктозы, называемое инвертным сахаром. Реакция идет по уравнению:

_{фермент, кислота}

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

сахароза глюкоза фруктоза.

По такому же уравнению протекает гидролиз других олигосахаридов.

Свойства сахаров, используемые в пищевых технологиях:

- все сахара имеют сладкий вкус: (сахароза-100; фруктоза-173; инвертный сахар-130; глюкоза-74; мальтоза-32; лактоза-16);

- хорошо растворимы в воде, с повышением температуры растворимость их повышается, при совместном присутствии сахаров их общая растворимость увеличивается. Этим обусловлены антикристаллизационные свойства крахмальной патоки и инвертного сахара;

- все сахара обладают оптической активностью - способностью вращать плоскость поляризации поляризованного луча: (сахароза-(+66), глюкоза-(+52,5), фруктоза-(-91,3), инвертный сахар-(-19,5);

- сахара, имеющие свободные альдегидные или кетонные группы, обладают редуцирующими (восстанавливающими) свойствами. Редуцирующие вещества вследствие высокой реакционной способности и гигроскопичности могут быть причиной потемнения и увлажнения продуктов. Поэтому содержание редуцирующих сахаров в некоторых продуктах (халве, карамели, сахаре-песке и других) ограничивается стандартами;

- редуцирующие сахара могут вступать в реакцию Майяра (меланоидинообразования) с аминосоединениями, за счет этого изменяется вкус,апах и цвет продуктов.

П о л и с а х а р и д ы

Крахмал - полимер, состоящий из ангидридов глюкозы, имеет структурную формулу (С₆Н₁₀О₅)_n, где n - несколько тысяч.

Крахмал является основной формой углеводов зерномучных продуктов, картофеля; используется в виде самостоятельного пищевого продукта. Крахмал синтезируется растениями и откладывается в виде крахмальных зерен в клубнях картофеля, плодах, зерне хлебных злаков. Крахмальные зерна имеют форму и размер, типичные для данной культуры, а также определенную температуру клейстеризации:

Крахмал на 96-98 % состоит из полисахаридов амилозы и амилопектина. Амилоза представлена 100-1000 остатками глюкозы, соединенными
a-1-4-гликозидной связью в цепочку. Амилоза растворяется в горячей воде, с йодом дает темно-синее окрашивание. Амилопектин имеет 300-6000 глюкозных остатков, соединенных в цепочки a-1-4-гликозидной связью. Примерно через каждые 10 глюкозных колец имеется ответвление, образованное a-1-6-гликозидной связью. Длина внешних цепочек - 15-18 глюкозных остатков. Амилопектин в горячей воде набухает, образуя прочные студни с высокой вязкостью, с йодом окрашивается в фиолетовый цвет.

Под действием ферментов и кислот крахмал гидролизуется.
Кислотный гидролиз протекает по схеме: крахмал декстрины мальтоза глюкоза или в общем виде (С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О = nС₆Н₁₂О₆.

В реакционной смеси накапливаются продукты с различной молекулярной массой. Эта реакция лежит в основе получения крахмальной патоки и кристаллической глюкозы.

Ферментативный гидролиз протекает под действием амилолитических ферментов - a- и b-амилаз. Гидролиз амилозы b-амилазой начинается с неальдегидного конца молекулы, расщепление идет по связи a-1-4 полностью до мальтозы. Действуя на амилопектин, b-амилаза расщепляет его внешние цепочки, образуя мальтозу и оставляя нетронутым его внутреннее ядро, ограниченное a-1-6-гликозидными связями.

a-амилаза способна разрушать гликозидные связи в любом месте: в смеси накапливаются декстрины, состоящие из 6-8 глюкопиранозных остатков. Эти процессы протекают в условиях хлебопекарного, пивоваренного, спиртового производств.
Гликоген (животный крахмал) откладывается в мышечной ткани и печени животных или в клетках некоторых растений (дрожжей, грибов) как резервный материал. При недостатке сахаров в организме гликоген гидролизуется с образованием глюкозы. Гликоген принимает участие при ферментативном созревании мяса и рыбы.

Инулин - состоит из остатков фруктозы, содержится в цикории, топинамбуре, батате. Инулинсодержащие продукты используются для питания больных сахарным диабетом.

Клетчатка - содержится в продуктах растительного происхождения (оболочках плодов, овощей, зерна, стеблях растений). Имеет молекулярную массу большую, чем у крахмала; состоит из остатков глюкозы; в воде нерастворима; организмом человека не усваивается. Чем больше клетчатки, тем ниже пищевая ценность продукта; но клетчатка усиливает перистальтику кишечника, способствует выведению канцерогенных веществ, снижает уровень холестерина в крови, препятствуя развитию атеросклероза. Клетчатка находит широкое техническое применение для производства упаковочных материалов (бумага, целлофан), получения технического гидролизного спирта.

Гемицеллюлозы - сопутствуют клетчатке, имеют меньшую молекулярную массу. Содержатся в семенах, отрубях, орехах, кукурузных початках; пищевой ценности не имеют.

Пектиновые вещества - это этиловые или метиловые эфиры полигалактуроновой кислоты. Содержатся в плодах, овощах, сахарной свекле в виде протопектина, нерастворимого в холодной воде, и в виде растворимого гидратопектина. При нагревании протопектин переходит в растворимую форму, выделяя арабан. В растениях пектиновые вещества выполняют роль клеточных мембран. При порче плодов пектин этерифицируется, отщепляя метиловый спирт, ядовитый для организма человека. Этим обусловлено низкое качество плодово-ягодных вин. Пектиновые вещества не усваиваются организмом человека, но играют в физиологии важную роль. Они образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами и выводят их из организма, являясь важным природным средством профилактики специфических профессиональных заболеваний. В технологии используется способность пектиновых веществ в присутствии кислоты и сахарозы (в соотношении 1:1:65) образовывать прочные фруктовые студни. На этом свойстве пектиновых веществ основано производство джема, повидла, мармелада, фруктовых начинок и других. В то же время пектиновые вещества повышают вязкость и мутность растворов, затрудняют фильтрование соков и прессование мезги.

Лекция 4.

Азотистые вещества

Б е л к и - самая ценная в пищевом отношении составная часть пищи. Они входят в состав ядра и протоплазмы растительных и животных клеток, участвуют в их росте и размножении, в защитных реакциях организма, в образовании биологически активных веществ - гормонов, ферментов. Белки пищи используются для построения белков тела человека и в энергетическом балансе. Белковые вещества растительного и животного происхождения подразделяются на три группы: растворимые белки (протеины), нерастворимые (протеноиды) и сложные (протеиды).

Растворимые белки:

- альбумины - серусодержащие, растворимы в воде, слабых растворах кислот, щелочей, солей; встречаются в животных и растительных продуктах (лактоальбумин молока, овоальбумин яиц). Продукты, содержащие альбумины, при варке кладут в горячую воду;

- глобулины в чистой воде не растворяются, хорошо растворимы в слабых (5- 15 %) растворах нейтральных солей, хорошо высаливаются, при нагревании свертываются. Растительные глобулины содержат больше азота, чем животные, труднее свертываются и высаливаются, широко распространены (фибриоген крови, миозин и актин мышечной ткани мяса, туберин картофеля, орхин риса). Потери белковых веществ в продуктах, посоленных до варки, за счет растворения глобулинов значительно выше, чем сваренных без соли;

- глютелины - растворимы в слабых растворах кислот и щелочей. В большом количестве содержатся в семенах злаков (глютенин ржи и пшеницы, глютелин кукурузы, ячменя, овса, оризенин риса);

- проламины - растворимы в этиловом спирте концентрацией 60-80 %. В пшенице эта группа белков представлена глиадином. Глиадин совместно с глютенином при набухании образуют в тесте из пшеничной муки клейковину;

- протамины и гистоны - белки животного происхождения, растворимы в воде, обладают выраженными щелочными свойствами. Входят в состав белков крови, содержатся в ядрах клеток, молоках рыб.

Нерастворимые белки встречаются в продуктах животного происхождения. Они нерастворимы в воде и других растворителях, но при длительном нагревании с водой растворяются, при застывании образуют студни. К ним относятся коллаген сухожилий и костей, эластин соединительной ткани, хитин панциря ракообразных и насекомых, кератин рогов, копыт, шерсти.

Сложные белки состоят из белка и небелковой части:

- фосфопротеиды - соединения белка с фосфорной кислотой, растворимы в щелочах. Представлены в молоке казеином - основным белком, который осаждается слабыми растворами кислот с образованием творожистой массы;

- гликопротеиды - соединения белка и углеводов, встречаются в хрящевых тканях животных, в содержимом слизистых оболочек (муцины защищают слизистую оболочку желудка и кишечника от воздействия протеолитических ферментов);

- липопротеиды - соединения белка и липидов, встречаются в веществе плазмы и клеток, в клеточных мембранах, яичном желтке, в нервных волокнах;

- нуклеопротеиды - белки, связанные с нуклеиновой кислотой. Это особо важная группа белков, участвующая в передаче наследственной информации. Содержатся в клеточных ядрах, в плазме клеток;

- хромопротеиды - соединения белков с окрашенными веществами (гемоглобин крови, хлорофилл).

В химическом отношении белки являются природными полимерами, в которых аминокислоты соединены в цепь в определенном порядке за счет пептидной связи (-СО-NН-). В структуре белка различают четыре уровня организации:

- первичная структура, представленная последовательным соединением аминокислот в цепочку;

- вторичная структура, образованная за счет скручивания полипептидной цепочки в спираль под воздействием водородных связей полярных групп соседних аминокислот (-Н...О=);

- третичная структура, проявляющаяся в компактной упаковке спиралевидной цепочки в пространстве;

- четвертичная структура, представленная соединением в одну субъединицу нескольких полипептидных цепочек, сочлененных между нековалентными связями (водородными, гидрофобными, ионными и другими). Ориентация белков в пространстве может иметь вид глобул (глобулярные белки) или волокон (фибриллярные белки).

В настоящее время известно более 150 аминокислот, но только 22 из них являются составными частями белка. Биологическая ценность белков определяется наличием в них 8 незаменимых аминокислот: лизина, лейцина, изолейцина, метионина, треонина, валина, фенилаланина, трептофана; другие аминокислоты могут заменяться и синтезироваться.

Наиболее полноценны белки мышечной ткани мяса, рыбы, яиц, молока, картофеля, гречневой крупы, сои, бобов, гороха; остальные белки менее ценные. В пищевом рационе целесообразно сочетать продукты животного и растительного происхождения (мясо с картофелем и овощами; молоко с крупами, макаронными и хлебопекарными изделиями; творог с рыбой, мясом, пшеницей). При сочетании недостаточного количества белка с общей низкой калорийностью пищи в организме возникают нарушения, проявляющиеся отставанием в росте, низкой сопротивляемостью инфекциям. Избыточное потребление белка затрудняет работу пищеварительной системы, почек, вызывает нарушение обмена веществ, деятельности желез внутренней секреции, ожирение.

Свойства белков, используемые в технологии пищевых производств

Набухание обусловлено способностью белков, относящихся к гидрофильным коллоидам, поглощать воду и, при определенных условиях, образовывать растворы, называемые студнями. Набухшие в воде белки пшеничной муки образуют клейковину. Студни и клейковина обладают свойствами упругости и эластичности (твердого тела и жидкости).

Денатурация - изменение пространственной ориентации белковой молекулы, не сопровождающееся разрывом ковалентных связей. Денатурация вызывается повышением температуры, механическим, химическим воздействием, ультразвуком, ионизирующим излучением и другими факторами. Денатурация играет важную роль в технологических процессах, связанных с образованием структурных систем полуфабрикатов и готовых изделий (выпечка хлеба, получение макаронных и кондитерских изделий). При высокой влажности денатурация протекает глубже, поэтому в технологических процессах денатурацию следует проводить в мягких условиях, чтобы белки не перешли в нерастворимое состояние. Белки составляют химическую природу биологических катализаторов - ферментов; денатурация белков приводит к инактивации ферментов.

Белки обладают электростатическими свойствами, то есть имеют электрический заряд. При определенном значении рН среды суммарный электрический заряд белковой молекулы равен нулю - изоэлектрическое состояние. В изоэлектрическом состоянии денатурация белков осуществляется быстрее и полнее.

Пенообразование - способность белков образовывать эмульсии в системе жидкость-газ, называемые пенами. Это свойство широко используется в кондитерской промышленности (зефир, пастила, кремы).

Эмульгирование - образование нерасслаивающейся смеси двух несмешивающихся жидкостей за счет использования поверхностно-активных свойств белков (молоко - природная эмульсия вода-жир, окруженный белково-лецитиновой оболочкой; маргарин, майонез - искусственные эмульсии типа вода в жире и жир в воде соответственно).

Меланоидинообразование - образование окрашенных соединений сахаров с белками, имеющими свободные аминогруппы (выпечка хлебобулочных изделий, поджаривание мяса, рыбы).

Небелковые азотистые вещества

К ним относят продукты гидролиза или неполного синтеза белков (альбумозы, пептоны, полипептиды, аминокислоты); амины, аммиак, образующиеся при порче продуктов; алкалоиды (пиперин перца, теобромин какао, кофеин кофе и чая, никотин табачных изделий, соланин картофеля); пуриновые основания - биологически активные вещества, входящие в состав нуклеопротеидов (аденин, гуанин, ксантин); окрашенные соединения меланины и меланоидины; нитриты, нитраты и другие.

Полипептиды и аминокислоты имеют такое же значение, как и белки. Пуриновые основания, кофеин и теобромин возбуждают нервную и сердечно-сосудистую системы; пиперин повышает аппетит и усвояемость пищи; никотин, соланин, амины - яды. Меланины, образующиеся за счет окисления аминокислот тирозина и дегидрооксифенилаланина, придают овощам (свекле, картофелю) темный цвет. Меланоидины - продукты сахароаминной реакции - определяют вкус и аромат готовых изделий, но пищевой ценности не имеют.
Содержание азотистых небелковых веществ в продуктах не превышает 1-2 %. Увеличение их количества свидетельствует или о порче продукта, о длительном его хранении, или о недостаточной степени созревания.

Липиды

Природные жиры представляют собой смеси, состоящие из собственно жиров, жироподобных веществ (липоидов) и сопутствующих веществ (вода, слизеобразующие углеводы, пигменты, минеральные вещества, жирорастворимые витамины, ароматические вещества и другие).

Собственно жиры - смесь глицеридов - сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты составляют 90 % массы жира и, в основном, определяют различия в физических и химических свойствах жиров. Растительные масла содержат преимущественно одну кислоту (оливковое - олеиновую, касторовое - рицинолевую), но в большинстве жиров растений и наземных животных встречается 5-8 жирных кислот, а в жире морских животных - до нескольких десятков.

Жирные кислоты, входящие в состав жиров, являются одноосновными, содержат четное число углеродных атомов, имеют нормальное строение углеродной цепи. В зависимости от числа углеродных групп в цепи жирные кислоты подразделяются на низкомолекулярные (до 9 групп) и высокомолекулярные; в зависимости от характера связи атомов углерода в углеродной цепи на предельные и непредельные (имеющие двойные связи).

Жиры по происхождению бывают животные, растительные и комбинированные.
Жиры имеют большое значение в питании, обладая самой высокой из всех пищевых продуктов энергетической ценностью, обеспечивают организм незаменимыми жирными кислотами (линолевой, линоленовой, арахидоновой). Незаменимые жирные кислоты регулируют обмен холестерина, нормализующе действуют на стенки кровеносных сосудов, увеличивая их эластичность; повышают сопротивляемость организма инфекциям и действию радиации. Жиры являются строительным материалом для некоторых тканей (мозга, нервной); резервным материалом, откладывающимся в некоторых тканях; смазочным, теплоизоляционным, амортизирующим средством.

Свойства жиров, используемые в пищевых технологиях

зависят от их жирнокислотного и глицеридного состава:.................. - нерастворимость в воде;..

- растворимость в органических растворителях;..............

- горючесть;..............................

.. - образование эмульсий в присутствии эмульгаторов;..........

.. - окисление под действием кислорода воздуха, озона, воды, перекиси водорода (прогоркание);

- гидролиз жиров в присутствии кислот, щелочей, ферментов;...

- гидрогенизация - присоединение водорода по месту двойных связей непредельных жирных кислот.

Липоиды

Фосфолипиды - сложные эфиры глицерина с жирными кислотами и фосфорной кислотой, которая, в свою очередь, соединена с азотистым основанием (холином, коламином или серином). Фосфолипиды способствуют усвоению жира, регулируют жировой обмен в организме, препятствуют ожирению печени; являются поверхностно-активными соединениями, способными образовывать при смешивании с водой устойчивые эмульсии благодаря снижению поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз.
Лецитин - воскоподобное вещество белого цвета, быстро окисляется на воздухе, растворяется во всех органических растворителях, кроме ацетона, с водой образует стойкую эмульсию. Участвует в переносе вещества из одной ткани в другую. Содержится в яичном желтке (9,4 %), молочном жире (1,3 %), веществе мозга (6,0 %).
Кефалин - фосфоглицерид, в котором фосфорная кислота соединена с коламином; играет важную роль в процессах свертывания крови.
Фосфатиды - отходы, получаемые при переработке растительного масла, широко применяются в маргариновой, кондитерской, хлебопекарной промышленности.

Стерины - высокомолекулярные гидроароматические спирты. В жирах содержатся в свободном виде и в виде стеридов - эфиров жирных кислот.
Холестерин - входит в состав животных жиров, содержится во всех органах и тканях животных, много его в мозге, яичном желтке, плазме крови. В организме человека холестерин способствует эмульгированию жира и стабилизации эмульсий, связывает и обезвреживает бактериальные токсины; при избытке откладывается на стенках кровеносных сосудов, способствуя развитию атеросклероза; скапливаясь в желчи, вызывает желчекаменную болезнь.
Эргостерин содержится в растительных клетках и дрожжах, под действием ультрафиолетовых лучей превращается в витамин D.

Воски - сложные эфиры, состоящие из высокомолекулярных спиртов и жирных кислот; пищевой ценности не имеют. В кондитерской промышленности воски используются для глянцевания поверхности драже и карамели. Кутин покрывает плоды, овощи и зерно, предохраняя их от потери влаги и проникновения микроорганизмов. Ланолин, спермацет используются в парфюмерной промышленности и мыловаренном производстве.

К жироподобным веществам относятся жирорастворимые витамины A, D, E, K.

Лекция 5.

В и т а м и н ы - это низкомолекулярные органические вещества различной химической природы, отсутствие которых в пище нарушает нормальное состояние здоровья человека. Витамины относятся к категории незаменимых факторов, так как входят в состав ферментов, являются катализаторами и участниками всех биохимических процессов в клетках, регулируют обмен веществ и повышают сопротивляемость организма многим заболеваниям. Витамины в основном синтезируются растениями. Животные, питаясь растительной пищей, способны накапливать витамины в отдельных органах и тканях. Витамины легко разрушаются под действием высокой температуры, кислорода воздуха и света. При хранении сочных пищевых продуктов также наблюдается разрушение витаминов: содержание витамина С снижается пропорционально сроку хранения. Некоторые витамины (А, С, В₁, В₂) разлагаются при консервировании. Задача технологов - сохранить витамины в процессе производства, при необходимости искусственно витаминизировать продукты витаминами С, А, В₁, В₂.
Все витамины делятся на водорастворимые и жирорастворимые.

Водорастворимые витамины:

- В₁ (тиамин) - антиневритный, регулирует пищеварение. Содержится в хлебе, крупах, мясе, дрожжах, яйцах;

- В₂ (рибофлавин) - регулирует деятельность центральной нервной системы, предохраняет от кожных заболеваний, повышает сопротивляемость. Содержится в печени, дрожжах, мясе, семенах злаков;

- РР (никотинамид) - предохраняет организм от кожных заболеваний (пеллагры), регулирует нервную деятельность. Содержится в мясе, дрожжах, хлебе, крупах, яйцах, чае, фруктах;

- В₆ (пиридоксин) - регулирует обмен белков и жиров, оказывает положительное влияние при лучевой болезни, кожных заболеваниях, кишечных инфекциях. Содержится во всех продуктах, особенно, в дрожжах, рисовых отрубях;

- В₉ (фолиевая кислота) - регулирует кроветворение, предохраняет от малокровия. Особенно много его в печени и дрожжах, синтезируется некоторыми бактериями в кишечнике;

- В₁₂ (кобаламин) - регулирует деятельность органов кроветворения, обмен веществ, предохраняет от анемии и заболеваний кожи, является биостимулятором. Содержится в продуктах животного происхождения, особенно, в печени и почках;

- В₁₅ (пангамовая кислота) - регулирует жировой обмен, предохраняет от заболеваний печени и кожи, расширяет сосуды. Содержится в семенах, орехах, дрожжах;

- Р (рутин) - укрепляет стенки кровеносных сосудов, является синергистом витамина С;

- С (аскорбиновая кислота) - регулирует окислитель-восстановительные процессы, предохраняет от цинги. снижает утомляемость, повышает сопротивляемость организма. Содержится во всех продуктах растительного происхождения - шиповнике, винограде, чае, черной смородине, цитрусовых; при нагревании разрушается;

- витаминоподобное вещество U - предохраняет организм от язвенной болезни. Содержится в соке свежих овощей, особенно много в капустном.

Жирорастворимые витамины:

- А (ретинол) - регулирует функции зрительного аппарата, предохраняет от потери зрения, сухости и ороговения тканей, образования камней в почках, понижения кислотности желудочного сока. К витаминам группы А относятся провитамины-каратиноиды. Содержится в печени рыбы и животных, молоке, молочных продуктах, моркови, томатах, листьях петрушки и шпината; при тепловой обработке теряется;

- D (кальциферолы) - регулирует минеральный обмен (в основном, кальция и фосфора), обеспечивает рост и минерализацию зубов, костей скелета, предохраняют от рахита. Содержатся в продуктах животного происхождения, много в дрожжах, растительном масле и рыбьем жире, желтках яиц;

- Е (токоферол) - регулирует функцию половых желез, отсутствие в пище вызывает бесплодие. Содержится во всех продуктах, много его в масле и зародышах злаков;

- К (фитохинон, филлохинон) - регулирует свертывание крови, обладает бактерицидным и болеутоляющим действием. Содержится в свиной печени, молоке, яйцах, шпинате, капусте, вырабатывается некоторыми бактериями в кишечнике человека.

Ф е р м е н т ы - это специфические белки, вырабатываемые живой клеткой и обладающие способностью ускорять химические реакции.
В зависимости от природы белков ферменты могут состоять из протеинов и протеидов. Ферментативные свойства белковой молекулы обусловлены наличием на ее поверхности активного центра, который соединяется с веществом (субстратом) в процессе каталитического действия. Активный центр двухкомпонентных ферментов называют коферментом. В построении коферментов могут принимать участие нуклеотиды, витамины, атомы железа, меди, магния, других элементов. В настоящее время открыто около 2000 ферментов, синтетически получено около 500, из них 100 в виде чистых препаратов.

Ферменты в зависимости от катализируемых ими реакций делятся на 6 классов:

- оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции (дыхание человека и животных, прогоркание жиров, образование меланинов);

- трансферазы - катализируют перенос различных групп атомов с одной молекулы на другую (аминотрансферазы осуществляют реакции переаминирования органических кислот);

- гидролазы - катализируют расщепление сложных соединений на более простые путем присоединения воды (гидролиз жиров липазой, расщепление крахмала амилазами, белков - пепсином, папаином, сахарозы - сахаразой);

- лиазы - отщепляют от вещества различные группы атомов без участия воды (декарбоксилирование кислот при брожении,обмене веществ);

- изомеразы - катализируют внутримолекулярные переносы групп атомов, превращая органические соединения в их изомеры;

- лигазы (синтетазы) - ускоряют синтез сложных соединений из более простых (синтез белков из аминокислот).

С деятельностью ферментов связано созревание муки, мяса, рыбы; различные виды брожения; ферментация чая, кофе; стойкость пищевых продуктов при хранении.

Свойства ферментов, используемые в пищевых технологиях:

1. специфичность действия;

2. высокая активность. Самая низкая активность у сычужных ферментов, высокая - у дыхательных;

3. жесткие оптимальные условия действия (температура, рН). Оптимальная температура для ферментов животного происхождения 40-50 градусов, растительного - 50-60 градусов; при низкой температуре активность ферментов понижается;

4. возможность применения стимуляторов и ингибиторов ферментативных процессов (a-амилаза инактивируется в кислой среде).

Пищевые кислоты

Кислоты, содержащиеся в пищевых продуктах, придают им кислый вкус, используются для консервирования, участвуют в обмене веществ. Повышенная кислотность некоторых продуктов характеризует их несвежесть или недоброкачественность. Для многих пищевых продуктов кислотность нормируется. Различают активную и титруемую кислотность.

Активная кислотность (рН) обусловлена концентрацией водородных ионов в растворе и оказывает большое влияние на вкус продукта, скорость протекания в нем ферментативных и микробиологических процессов.
Титруемая кислотность зависит от общего содержания кислот и кислотореагирующих соединений в продукте и выражается в градусах или в процентах (в пересчете на преобладающую кислоту).

Дневная потребность взрослого человека в кислотах составляет около 2 г и удовлетворяется за счет плодов, овощей, кисло-молочных продуктов.
Из неорганических кислот в пищевых продуктах содержится преимуществе ортофосфорная кислота в виде кислых и средних солей Са(Н₂РО₄)₂, К₂НРО₄, Са₃(РО₄)₂. Кислые фосфаты придают кислый вкус муке, крахмалу, крупе. Из органических кислот в пищевых продуктах содержатся уксусная (вино, хлеб, плодово-ягодные и овощные соки); молочная (рыба, мясо, молоко, кисло-молочные продукты, квашеные плоды и овощи); яблочная, лимонная, винная (в плодах и овощах).

При консервировании в качестве антисептиков вводят в небольших количествах в пищевые продукты салициловую, муравьиную, сорбиновую, бензойную кислоты. Для улучшения вкуса в кондитерской, консервной, безалкогольной промышленности добавляют в небольших количествах лимонную, молочную, яблочную, винную, уксусную кислоты.

Г л и к о з и д ы - это сложные соединения сахаров со спиртами, фенолами, альдегидами, кислотами. В плодах и овощах они содержатся в небольшом количестве, придавая горьковатый привкус и специфический аромат. Чаще всего гликозиды находятся в кожице и семенах, реже в мякоти.
Амигдалин содержится в семенах горького миндаля (2,5-3,0 %), слив (0,96 %), яблок (0,6 %), персиков (2,5-3,0 %). При гидролизе под действием кислот или ферментов выделяются глюкоза, бензойный альдегид и ядовитая синильная кислота.
Соланин встречается в картофеле и является ядовитым гликоалкалоидом: кожица и позеленевшие, проросшие клубни содержат его в повышенном количестве. При варке картофеля в кожуре соланин переходит в мякоть, придавая ей специфический вкус.
Синигрин содержится в корнях хрена и семенах горчицы. При добавлении воды к тонко измельченному продукту гидролизуется с выделением аллилового горчичного масла, придающего острый запах и вкус хрену и горчице.
Цитронин, лимонин, гесперидин содержатся в кожице цитрусовых, придавая горьковатый вкус.

Дубильные вещества отличаются терпким, вяжущим вкусом. В плодах находится в небольших количествах (0,1-0,2 %), в терне, кизиле, незрелой хурме - (0,5-1,5 %).

При окислении дубильные вещества превращаются в темноокрашенные продукты (флобафены). Особенно быстро идет процесс под действием ферментов. Для получения светлых высушенных плодов и овощей их необходимо предварительно пропаривать для инактивации ферментов. Наиболее распространенными и изученными дубильными веществами являются танины и катехины.

Ароматические вещества - это летучие соединения, обуславливающие аромат и букет продуктов. Аромат - естественный, характерный запах продукта (аромат свежих фруктов, пряностей); букет - запах, возникающий в процессе созревания, брожения, ферментации (сыра, чая, вина). Ароматические вещества образуются в пищевых продуктах в результате естественных специфических процессов (при созревании фруктов), микробиологических процессов (изготовление сыров), технологической обработки (выпечка хлеба, обжаривание кофе, жарка мяса).

Аромат и букет образуются в процессе сложного сочетания разнообразных химических соединений - ароматических углеводородов, сложных эфиров, альдегидов, кетонов, кислот, спиртов и других. Например, в аромате хлеба различают 211 компонентов, кофе - 370, мяса птицы - 189. При этом обычно одно или несколько соединений определяют основной аромат, остальные - тон запаха. Запах пищевых продуктов может быть обусловлен также пахучими веществами, вносимыми извне.

Пищевые красители (пигменты)

В пищевых продуктах содержатся красящие вещества:

- хлорофиллы, придающие зеленую окраску плодам, овощам, зерну, растительным маслам;

- каратиноиды - полиненасыщенные соединения оранжевого (каротин), желтого (ксантофилл), красного (ликопин) цвета; растворимы в жирах; встречаются в плодах, овощах, растительных маслах;

- флавоновые пигменты, имеющие желтый или оранжевый цвет, растворимы в воде, содержатся в сухих чешуях репчатого лука, хмеле, чае;

- антоцианы - придают плодам и овощам красную, голубую, синюю окраску (виноград, брусника, черника).

Лекция 6.

Микроорганизмы

Микроорганизмы - это живые существа, не образующие хлорофилл, одни из которых принадлежат к растительному миру (микроскопические грибы и дрожжи), другие - к животному (протозоа). Различные группы бактерий имеют различное происхождение, поэтому бактерии выделены в самостоятельную группу простейших существ и занимают промежуточное положение между животным и растительным миром.

Большинство микроорганизмов - одноклеточные существа, видимые только с помощью микроскопа; лишь плесневые грибы и нитчатые бактерии являются многоклеточными организмами и могут быть иногда различимы невооруженным глазом. Вирусы не имеют клеточной структуры.

Бактерии

По внешнему виду различают три основные формы бактерий: шаровидные (кокки), палочковидные и извитые. Размеры бактерий могут колебаться от 0,5-2,0 мкм (кокки) до 3-20 мкм (извитые). Бактерии в виде длинных палочек и нитей с боковыми выростами объединены в группу микобактерий; имеющие форму нитей называют нитчатыми; группа слизистых бактерий, отличающихся сложностью строения и способностью к образованию слизей, называют миксобактериями. Бактериальная клетка состоит из оболочки, цитоплазмы и ядерного вещества. Некоторые виды бактерий образуют споры и капсулы. Капсула предохраняет бактерии от неблагоприятных воздействий окружающей среды; споры служат для размножения бактерий, чрезвачайно устойчивы к влиянию внешней среды, способны сохраняться годами.

Грибы - это низшие растительные организмы, развивающиеся вегетативным путем и посредством спор; имеют вегетативное тело в виде мицелия. Наиболее широко в природе распространены плесневые грибы и дрожжи. Отдельные виды плесеней и дрожжей используются в пищевой промышленности для технологических целей; некоторые из грибов вызывают порчу продуктов и являются возбудителями заболеваний человека и животных (микозов).
К дноклеточным (низшим) плесневым грибам относят нитевидные грибы родов мукор, тамнидиум, ризопус, оомицеты. Некоторые виды мукоровых грибов используют в пищевой промышленности для производства органических кислот и спирта. Многие виды этих грибов вызывают порчу пищевых продуктов, заболевания кожи, глаз и легких у людей и животных.
К многоклеточным (высшим) плесневым грибам относят пенициллиум, аспергиллюс, кладоспориум. Некоторые многоклеточные плесневые грибы продуцируют антибиотики - пенициллин, аспергиллин, поэтому применяются для приготовления медицинских и ферментных препаратов, лимонной кислоты. Плодовые тела некоторых грибов являются съедобными (шампиньон, белый гриб, подосиновик и другие) и используются в пищу.
Плесневые грибы наносят огромный ущерб, поражая практически все пищевые продукты. Они являются главными возбудителями порчи злаковых культур, плодов, овощей, мясных и молочных продуктов. Некоторые плесневые грибы образуют в процессе жизнедеятельности ядовитые вещества - афлатоксины.

Дрожжи - это неподвижные одноклеточные организмы, относящиеся к классу грибов. В природе встречаются дрожжи спорообразующие (сахаромицеты) и неспорообразующие (кандида, микодерма, торулопсис). В пищевой промышленности дрожжи используют для производства хлеба, пива, вина, кефира, кумыса, ферментов, витаминов группы В, никотиновой кислоты, лекарственных препаратов, синтеза белков. Отдельные виды дрожжей вызывают нежелательное брожение в пищевых продуктах (варенье, сметане, твороге), могут быть причиной порчи вина, пива, соков, квашеных овощей и молочных продуктов, "меловой болезни" хлеба. Дрожжеподобные организмы способствуют заболеваниям человека с поражением глаз, ногтей, суставов, сухожилий, слизистых оболочек рта, дыхательных путей и пищеварительного тракта.

Актиномицеты (Лучистые грибы) - занимают промежуточное положение между плесневыми грибами и бактериями. На питательной среде колония лучистых грибов образует плотное центральное ядро с расходящимися к периферии нитями наподобие лучей. Отдельные виды актиномицетов используют для получения антибиотиков - стрептомицин, биомицин; некоторые актиномицеты вызывают порчу пищевых продуктов и заболевание актиномикоз, сопровождающееся разрушением мягких тканей и костей.

Вирусы. Это мельчайшие микроорганизмы, видимые только в электронный микроскоп, не имеют клеточного строения, состоят из белка и нуклеиновой кислоты, являются внутриклеточными паразитами, чувствительны к антибиотикам. Многие вирусы способны вызывать заболевания человека и животных, на искусственных средах не культивируются.

Питание микроорганизмов осуществляется путем поступления водных растворов питательных веществ через стенки мембраны. Из всех питательных элементов для микроорганизмов наиболее важными являются углерод и азот. По типу усвоения углерода микроорганизмы делят на автотрофы (способные усваивать углерод путем хемосинтеза или фотосинтеза из углекислого газа воздуха) и гетеротрофы (используют углерод готовых органических соединений); из них сапрофиты используют мертвые органические ткани, паразиты размножаются только на живых тканях, вызывая инфекционные заболевания. По характеру усвоения азота микроорганизмы подразделяются на азотфиксирующие (использующие для питания азот воздуха), протеолитические (расщепляющие белки) и нитритно-нитратные (усваивающие окисленные формы азота).
По типу дыхания микроорганизмы делят на: аэробы (использующие для дыхания кислород воздуха); анаэробы (получают энергию для дыхания за счет расщепления питательных веществ без доступа кислорода воздуха, то есть в процессе брожения); факультативные анаэробы могут развиваться в средах, содержащих воздух, и без него.

Влияние внешней среды на жизнедеятельность микроорганизмов.

Микроорганизмы могут переносить значительные колебания температуры. Различают:

психрофилы (холодолюбивые) - оптимальная температура 15-20 градусов, минимальная -10, максимальная 35 (плесневые грибы и некоторые бактерии, вызывающие порчу продуктов в холодильниках);

мезофилы - оптимальная температура 30-37 градусов, минимальная -10, максимальная 43-50 (основные возбудители порчи пищевых продуктов - плесневые грибы,дрожжи, гнилостные и патогенные микроорганизмы);
термофилы - оптимальная 50-60 градусов, минимальная 35, максимальная 75-85 (основные возбудители порчи мясных и растительных консервов, участвуют в процессах самосогревания влажного зерна, муки).
Влажность среды оказывает значительное влияние на развитие микроорганизмов: минимальная влажность для жизнедеятельности бактерий 20- 30 %, плесневых грибов 15 %; при повышении влажности интенсивность обмена веществ увеличивается.

Микроорганизмы размножаются в средах с различной концентрацией питательных веществ; при повышении концентрации происходит обезвоживание и плазмолиз клеток, сопровождающийся гибелью большинства микроорганизмов, но некоторые из них могут сохраняться в таком состоянии длительное время. Существуют микроорганизмы, которые живут только в средах с высоким осмотическим давлением осмофилы, они вызывают порчу соленых и сахаросодержащих продуктов.

Прямые солнечные лучи и ультрафиолетовое излучение вызывают гибель микроорганизмов. Такое же действие оказывают токи высокой и сверхвысокой частоты, радиоволны. Обработка рентгеновскими и радиоактивными лучами, ультразвуком малой мощности может стимулировать развитие микробных клеток; при большой мощности облучения вызывает их гибель.

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходимо присутствие в среде многих химических соединений, при значительной концентрации химических веществ микроорганизмы погибают. Вещества, вызывающие гибель микроорганизмов, называют антисептиками. К ним относят соли тяжелых металлов, формалин, фенол, крезол, хлор, озон, йод, перекись водорода, углекислый газ, азот, органические кислоты (салициловая, бензойная, сорбиновая, уксусная), эфирные масла и другие. При выборе дезинфицирующих средств необходимо учитывать вид микроорганизма.

Изменение химического состава пищевых продуктов под действием микроорганизмов. Знание этих процессов позволит как использовать их в технологических процессах пищевых производств, так и предотвратить порчу готовых продуктов и сырья.

Спиртовое брожение - это расщепление сахара микроорганизмами с образованием спирта и углекислого газа:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + Q.

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи и некоторые плесневые грибы. В процессе реакции наряду со спиртом и углекислым газом в небольших количествах выделяются уксусная кислота, глицерин, высшие спирты. Используется при производстве хлеба, спирта, вина, кваса, пива; самопроизвольно протекает в сахаросодержащих продуктах, приводя к их порче.

Молочно-кислое брожение вызывается молочно-кислыми бактериями, расщепляющими сахара до молочной кислоты:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₄ОНСООН + Q.

Используется при производстве кисло-молочных продуктов, сыров, хлеба, квашении овощей; может быть причиной скисания молока, вина, "кислотного брожения" в консервах.

Пропионово-кислое брожение состоит в превращении сахара или молочной кислоты в пропионовую и уксусную кислоты с выделением энергии, углекислого газа и воды пропионово-кислыми бактериями:

3С₆Н₁₂О₆ → 4С₂Н₅СООН + 2СН₃СООН + 2СО₂ + 2Н₂О + Q;

глюкоза пропионовая уксусная

3С₂Н₄ОНСООН → 2С₂Н₅ОН + СН₃СООН + СО₂ + Н₂О + Q.

Пропионово-кислое брожение играет важную роль при созревании сыров: присутствие пропионовой и уксусной кислот в сыре обусловливает его специфический вкус и аромат; эти кислоты являются также ингибиторами развития плесневых грибов.

Масляно-кислое брожение вызывается масляно-кислыми бактериями и заключается в расщеплении сахаров на масляную кислоту и газы:

С₆Н₁₂О₆ → С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂ + Q.

Этот вид брожения применяется для получения масляной кислоты, обладающей резким запахом и горьким вкусом; эфиры этой кислоты имеют приятный запах цветов и фруктов и используются в качестве ароматизаторов в кондитерской и безалкогольной промышленности. Развитие масляно-кислых бактерий в пищевых продуктах придает им неприятный запах и горький вкус, вызывая порчу овощей, прогоркание молочных продуктов, вспучивание сыров.

Уксусно-кислое брожение осуществляется в процесс окисления уксусно-кислыми бактериями этилового спирта в уксусную кислоту с выделением энергии:

С₂Н₅ОН + О₂ → СН₃СООН + Н₂О + Q.

На уксусно-кислом брожении основано промышленное получение пищевого уксуса; уксусно-кислое брожение вина, пива, ягод, салатов приводит к их порче.

Лимонно-кислое брожение вызывают некоторые плесневые грибы, способные окислять сахара с накоплением органических кислот лимонной, яблочной, щавелевой:

2С₆Н₁₂О₆ + 3О₂ → 2С₆Н₈О₇ + 4Н₂О + Q.

Промышленное производство лимонной кислоты основано на сбраживании сахаров грибами рода аспергиллюс.

Разложение белковых веществ (гниение) происходит под действием аэробных и анаэробных гнилостных микроорганизмов, обладающих протеолитической активностью - протеус, субтилис, мезентерикус, спорогенес. При гниении происходит разложение азотистых веществ, расщепление жиров. Белки распадаются на пептоны, дипептиды, аминокислоты; при этом накапливаются продукты, обладающие неприятным запахом - фенол, крезол, скатол, сероводород, индол, аммиак, меркаптаны; некоторые из них обладают ядовитыми свойствами. Гниение приводит к порче пищевых продуктов, но играет важную роль в природном круговороте органических веществ.

Разложение жиров наблюдается под действием микроорганизмов, содержащих липолитические ферменты. В среде накапливаются глицерин и жирные кислоты: глицерин расщепляется далее до углекислого газа и воды; жирные кислоты подвергаются медленному окислению с образованием оксикислот, альдегидов и кетонов, придающих жиру неприятный вкус и прогорклый запах.

Лекция 7.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: