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 (-амилаза инактивируется в кислой среде).