Введение

Повышение качества продуктов питания является одной из важнейших проблем, стоящих перед российскими учеными.

Известно, что средняя продолжительность жизни мужчин России, по социологическим данным, не превышает 64, а женщин – 73 лет. Во многом такие низкие показатели обусловлены качеством потребляемой пищи. Поэтому решение вопроса о качестве пищевых продуктов имеет колоссальное значение.

В последние десятилетия как в нашей стране (Дринберг, Равич, Покров-ский, Снегирева), так и за рубежом (Блур, Вильсон, Кейтс и др.) распро-странено положение, что питательная ценность продуктов зависит не только от общего содержания в них белков, жиров, углеводов, витаминов, микроэлемен-тов, но и от самого аминокислотного состава белка, жирнокислотного состава липидов и т.д. Таким образом, исследования в данной области являются обязательными для получения полной информации о свойствах пищевых про-дуктов.

Задачами настоящего курса являются:

– Ознакомление с широкой гаммой современных физико-химических ме-тодов анализа основных составляющих пищевых продуктов, способами опре-деления компонентного состава сырья и готовой продукции пищевого назна-чения;

– Получение теоретических знаний, необходимых для произведения оцен-ки качества продуктов питания в различных отраслях пищевой промышлен-ности;

– Развитие профессиональной компетентности будущих инженеров-пище-виков, способных самостоятельно решать задачи повышенной сложности и прогнозировать получение пищевых продуктов с заданными физико-химичес-кими и потребительскими свойствами.

1. Классы и группы веществ, входящих в состав пищи

Пищевые продукты содержат вещества с разнообразными химическими группами.

Опыт, накопленный человеком в течение многих лет, позволяет предпо-ложить, что основными веществами потребляемой пищи являются таковые, представленные на рис. 1.1. Однако классификацию, представленную на рис. 1.1, можно считать упрощенной, так как состав пищи значительно шире и раз-нообразнее – в виду включения целого ряда органических соединений, процесс изучения которых продолжается в настоящее время.

Рис. 1.1. Группы веществ, входящих в состав пищи

Следует отметить, что многие пищевые продукты включают органические кислоты (яблочная, молочная, винная и др.), спирты; в растительных пищевых средах, как правило, присутствуют гликозиды, содержащие сахар.

В потребляемых пищевых продуктах достаточно часто присутствуют ве-щества, которые добавляются специально – консерванты; в отдельных случаях встречаются яды, на присутствие которых в пище следует обращать особое внимание.

Вода

О ее значении свидетельствует следующий факт: в человеческом организ-ме содержится 60–70% воды, значительная часть которой поступает в организм попутно с принятием пищи и различных напитков.

Даже так называемые «сухие» продукты (зерновые культуры, пряности, мука) включают 10–14% воды, хлеб – 33–45%, мясо – 60–80%, картофель – 70–80%, масло – 86–89%, овощи – 80–90%, вино (пиво) – 85–90%.

Структура молекулы воды представлена на рис. 1.2.

Согласно данной структуре, центр тяжести положительных зарядов не со-впадает с центром тяжести отрицательных зарядов, и, таким образом, молекула

Рис 1.2. Структура молекулы воды

Н₂О обладает как электроположительными, так и электроотрицательными свойствами. Следовательно, молекулу воды можно считать диполем.

Белки (протеины)

Фишер показал, что путем сцепления аминокислот друг с другом удается получить пептиды, ведущие себя подобно белкам.

Пептидами он назвал вещества, образующиеся путем соединения несколь-ких аминокислот следующим образом: между СООН-группой первой амино-кислоты и NН₂-группой второй аминокислоты образуется амидная связь, СООН-группа второй кислоты связана с NН₂-группой третьей и т.д. согласно схеме:

― СО – NН – СН – СО – NН – СН – СО – NН…NН ― . (1.1)

│ │

R₁ R₂

С другой стороны, Фишер указывает на тот факт, что комбинации аминокислот дают огромное количество пептидных цепей, которые могут соединяться между собой в смешанные мицеллы. Таким образом, фунда-ментальное изучение строения природных белков (протеинов) является весьма трудной задачей.

Углеводы

Под углеводами следует понимать группу соединений, которые по своей химической природе являются:

― полиоксиальдегидами;

― полиоксикетонами;

– продуктами ангидрирования вышеуказанных веществ.

Термин «углеводы» (Шмидт) был введен с целью показать, что данные соединения обладают составом гидратов углерода с общей формулой С_x(H₂O)_y , однако подобный подход можно считать формальным вследствие большого числа несоответствий; более верное название – сахариды.

Известно, что моносахариды подразделяются на альдозы и кетозы – в зависимости от положения карбонильной группы.

Альдозы

СН₂ОН – СНОН – СНО триоза. (1.2)

СН₂ОН – СНОН – СНОН – СНО тетроза. (1.3)

Кетозы

CН₂ОН – С – CН₂ОН триоза. (1.4)

││

O

CН₂ОН – СНОН – С– CН₂ОН тетроза. (1.5)

││

O

Последние (альдозы, кетозы), в свою очередь, тоже подразделяются по числу атомов кислорода в молекулах на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д., как это отображено на схемах (1.2)–(1.5).

Жиры

С химической точки зрения, под жирами следует понимать смеси слож-ных эфиров трехатомного спирта глицерина с высшими кислотами (глице-риды). По данным исследователя в области жиров Равича Б.Г., в состав жиров входит около 60 различных органических кислот, большинство из которых составляют жирные: стеариновая, пальмитиновая, олеиновая, линолевая и линоленовая. Известно, что жиры, под действием влаги, кислорода воздуха, теплоты, света и микроорганизмов легко распадаются на составные части – жирные кислоты и глицерин, поэтому свойства жиров во многом определяются свойствами жирных кислот общей формулы R­СООН, принадлежащих к классу одноосновных карбоновых соединений.

Основные функции жиров:

― кумуляция тепловой энергии;

― реализация защитной функции животных и растительных организмов от холода;

― ценный пищевой продукт, а также сырьевой источник для масложировой промышленности.

Элементарный состав основных составляющих пищевых продуктов (мас.%) схематично представлен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Элементарный состав основных составляющих пищевых продуктов

Термин «жир», как правило, применяют в технологии и товароведении (Кузнецов), а термин «липиды», отражающий гетерогенность объединяемых им соединений, используют в биохимии, химии природных соединений и пищевой химии.

Термины «жир» и «масло» взаимозаменяемы и отличаются агрегатным состоянием объекта исследования:

твердое тело – жир;

жидкость – масло.

Жиры (либо масла) включают в себя группы липидов, состав которых за-висит от способа получения или от сочетания таковых (прессование, экст-ракция органическими растворителями, тепловая обработка паром или водой).

Поэтому при полном извлечении жира из животных или растительных тканей между терминами «жиры» и «липиды» можно ставить знак равенства.

Классификация липидов

По Кейтсу, липиды представляют собой вещества, входящие в состав живых организмов, нерастворимые в воде, однако растворимые в органических растворителях – хлороформе, эфире или бензоле и содержащие в молекулах высшие алкильные радикалы.

Наиболее оптимальной классификацией липидов может служить классификация Маринетти, согласно которой все липиды подразделяются на группы, представленные на рис. 1.4.

Существует и другая терминология. «Сырой жир» есть сумма липидов (или жира) и нелипидов, от которых, как правило, освобождаются при аналитических исследованиях.

Рис. 1.4. Классификация липидов по Маринетти

Рис. 1.5. Классификация нелипидов

Классификация нелипидных веществ приведена на рис. 1.5.

Термин жир подразумевает сумму липидов, извлеченных из объектов тем или иным технологическим либо аналитическим приемом, представленных глицеридами жирных кислот.

Комплексы липид – белок, составляющие основу липопротеинов и протео-липидов, являются распространенными компонентами тканей, однако липопро-теины представляют собой, главным образом, белок, а вторые содержат равные количества белка и липидов и проявляют свойства растворимости липидов.