Тема 1. Хімічний склад і його роль у збереженості рослинних продуктів

1 Основні питання теми

1. Хімічний склад харчових продуктів

2. Зміни хімічного складу харчових продуктів при зберіганні

2 Ключові поняття і терміни

Білки. Жири. Вуглеводи. Мінеральні речовини. Вітаміни. Вода. Ароматичні речовини. Барвники. Харчові волокна. Токсичні речовини. Антипоживні і антивітамінні речовини.

3 Індивідуальне завдання

3.1 Тип завдання: бібліографічний огляд навчально-методичної, наукової літератури за темою.

3.2 Мета завдання: вивчити хімічний склад харчових продуктів та зміни, що відбуваються при зберіганні.

3.3 Самостійна робота: описати основні властивості сухих речовин та їх зміни при зберіганні.

4 Форма подання звіту

Тема. Коротке теоретичне обґрунтування. Властивості сухих речовин та їх зміни при зберіганні.

5 Питання для самоконтролю

5.1 Описати хімічний склад рослинних продуктів.

5.2 Описати роль води в рослинах та її вплив на їх збереженість.

5.3 Що відносять до сухих речовин та як вони поділяються?

5.4 Описати основні властивості сухих речовин та їх зміни при зберіганні.

6 Короткий теоретичний матеріал

Хімічний склад харчових продуктів впливає на харчову цінність, визначає їх фізичні, хімічні, біологічні властивості, а також придатність до зберігання.

Головну частину харчових продуктів (нутрієнтів) складають поживні речовини: білки, жири, вуглеводи, мінеральні речовини, вітаміни та вода. Поживними їх називають завдяки провідній ролі в харчуванні. Вони характеризуються нейтральністю запаху, кольору, смаку. Доповнюється ця група харчових речовин ароматичними речовинами, барвниками та харчовими волокнами, які мають колір, смак та запах, а тому їх називають смаковими речовинами, куди входять і харчові добавки. Основна їх роль зводиться не тільки до формування сенсорних показників, а як і поживні речовини вони не останню роль грають у збереженості сировини.

Джерелами енергії в організмі є жири, білки і вуглеводи, що засвоюються. Найбільш енергонасичений жир: при окисленні 1 г утворюється 37,8 кДж. Окислення 1 г білків, також як 1 г вуглеводів супроводжується виділенням 16,8 кДж енергії.

Таким чином, основні поживні та смакові речовини в сумі складають харчові речовини, які діляться на неорганічні (вода і мінеральні речовини) і органічні (вуглеводи, жири, білки, ферменти, вітаміни та ін.). До незамінних харчових речовин, що не синтезуються в організмі людини входять білки, деякі жири, вітаміни, вода, мінеральні речовини. До замінних харчових речовин відносяться вуглеводи. Споживчі властивості і харчова цінність продуктів обумовлена не тільки кількісним вмістом в них білків, жирів, вуглеводів, мінеральних речовин, вітамінів, ферментів, але і їх елементарним і молекулярним складом, розподіленням цих речовин в продуктах, фізико-хімічним станом і можливими змінами їх в процесі переробки, транспортування і зберігання.

Крім перелічених вище речовин до складу харчових продуктів входять також сторонні речовини, які утворюються під впливом технологічного процесу, неправильного зберігання продуктів, або ж з’являються завдяки забруднення, смітних домішок, дії довкілля. Вони можуть також міститися в харчових продуктах як їхня складова. Природні компоненти сторонніх речовин продуктів можна розділити на декілька груп: антипоживні речовини, незвичайні речовини із незвичайно великою фармакологічною дією та токсичні речовини.

Деякі компоненти харчових продуктів при їх споживанні у великих кількостях поводяться як токсичні. До них слід віднести спирт (алкоголь), кофеїн, теобромін кави та чаю, теофілін, а також біологічно активні компоненти. Наприклад, біогенні аміни (тирамін, серотонін, норадреналін, які містяться в продуктах як тваринного (сири, субпродукти, риба), так і рослинного (томати, банани, апельсини) походження.

Антипоживні (нехарчові) речовини, які самі по собі нешкідливі, але можуть знижувати засвоєння окремих харчових речовин. Так із деяких злакових (рис, пшениця, соя, квасоля), а також з білка яєць птиці виділено інгібітори протеїназ, які здатні утворювати стійки комплекси з основними протеолітичними ферментами – трипсином, хімотрипсином, -амілазою, що призводить до активності останніх, наслідком чого є погіршення засвоєння.

Антивітаміни блокують біологічну дію вітамінів. Так, фермент аскорбатоксидаза руйнує вітамін С, тіаміноза знижує ефект присутності вітаміну В₁.

Деякі антипоживні речовини здатні демінералізувати продукти, знижуючи засвоєння заліза, кальцію, цинку та інших мінеральних елементів, утворюючи з ними важкорозчинні компоненти. Наприклад, щавелева кислота та фітин (інозитолгексафосфорна кислота) з мінеральними речовинами утворюють незасвоювані оксалати і фітати.

В деяких продуктах спостерігається присутність токсичних компонентів, наприклад ціаногенних глікозитів у мигдалю, ядер кісточок вишень, персиків, соланін у позеленілих бульбах картоплі, канцерогенні поліциклічні ароматичні вуглеводи, нітросполуки в продуктах копчення, перегрітих жирах, пиві солод якого стикався з сушильним агентом газу.

При контакті продуктів з тарою, упаковкою іншими матеріалами та харчових продуктів можуть потрапляти забруднення (контамінанти). До контамінантів належать важкі метали, радіонукліди, миш’як, пестициди, нітрити та нітрати, N-нітрозосполуки, фтористі сполуки, гормони та антибіотики тощо. Негативно на якість продуктів впливають деякі природні контамінанти біологічного походження: бактерії та їх токсини – мікотоксини, гельмінти, віруси.

Отже наведені дані свідчать що якість і збереженість продуктів харчування залежить від багатьох ендогенних і екзогенних факторів, дія яких, особливо на збереженість продуктів, у багатьох випадках, ще до кінця не вивчена.

Вода – важливий компонент харчових продуктів, а як сполука вона цікава не тільки в хімічному, але і в біологічному відношенні. Тканини і клітини різних біологічних систем в найбільшій кількості містять воду. Харчові продукти сильно відрізняються по вмісту води. Так в свіжих плодах і овочах міститься 70-98% води, в плодах сушених – 12-25%, хлібі – 35-50%, цукрі – 0,15-0,40%, крохмалі – 13-20%.

Кількість води в харчових продуктах впливає на їх енергетичну цінність, якість, активність мікробіологічних і біохімічних процесів, збереженість.

Продукти з високим вмістом води нестійкі при зберіганні, так як в них швидко розвиваються мікроорганізми. Вода сприяє прискоренню всіх процесів в харчових продуктах. Плоди і овочі легко уражаються плісенями. При втраті вологи свіжа плодоовочева продукція в’яне, втрачає якість.

Якщо в продуктах або сировині мало води, то вони зберігаються краще. Так зерно на елеваторах, зернових складах з вологістю 12%, може зберігатись декілька років. Дуже добре зберігається мука, крупа, цукор. Краще зберігаються сушені овочі і плоди ніж свіжі.

Як було вже вказано вище плодоовочева продукція відноситься до групи продовольчих товарів, що мають в тканинах високий вміст води і відносяться до швидкопсуючих товарів, а тому вимогають пристальної уваги до тих процесів, які відбуваються за її участю.

Насиченість клітин водою обумовлює їх тургорний стан, безпосередньо зв’язаний з товарною якістю продукції.

При деякій втраті води у сировині починають відбуватись такі зміни:

• зниження соковитості

• підвищення концентрації речовин

• зміни анатомічної структури

• клітини зменшуються і роблять круглими

• вміст клітин відстає від стінок

• зникають плазмодесми

• слабше проявляється захисна властивість покривних тканин

• погіршується збереженість

Специфікою вологовіддачі соковитих рослинних об’єктів являється те, що випаровування йде із міжклітинників вологих поверхонь вистілаючого його клітин. Тиск водяних парів у міжклітиннику практично дорівнює насичуємому. При парціальному тиску водяних парів в оточуємому середовищі меншому, ніж тиск в тканинах, продукція випаровує вологу. Поверхневі тканини мають визначальний опір вологопереносу. Із продукції волога не переходить в оточуюче середовище і не поглинається нею із оточуючого середовища тільки в умовах рівноважної вологості. Такий стан настає тоді, коли тиск водяної пари над продукцією буде дорівнювати парціальному тиску водяної пари в оточуючому просторі при однаковій температурі оточуючого повітря і продукції.

Уникнути втрат вологи продукції неможливо, але щоб їх зменшити, треба підтримувати вологість оточуючого їх газового середовища на рівні, що забезпечує мінімальні вологовтрати, але не викликає зволоження конденсатом поверхні об’єктів зберігання.

Структура сухих речовин рослинних продуктів наведена на рисунку 1.1.

Мінеральні речовини входять до складу: білків, жирів, глюкозидів, ферментів та ін.

Вони приймають участь в пластичних процесах, формуванні і побудові тканин, у водному обміні, у підтриманні осмотичного тиску крові і іншої рідини організму, у підтриманні кислотно-лужної рівноваги в організмі, входять в комплекс речовин, складаючих живу протопласту клітин, в склад деяких ендокринних залоз та т.і.

Рисунок 1.1. – Сухі речовини тканин рослинних продуктів

Білки – високомолекулярні природні речовини, побудовані з амінокислот. Це важливіший компонент живих організмів не тільки по значенню, але і по кількісному складу в тканинах і органах. Білки складають основу живої матерії.

Біологічні властивості білкових молекул визначаються їх хімічною будовою. Білок це високомолекулярний полімер. Як любий полімер, він складається з окремих ланок – монометрів. В білковій молекулі такими монометрами є амінокислоти, т.т. органічні кислоти, які містять аміну групу (NH₂) і кислотну карбоксильну групу (СООН).

В природі зустрічаються біля 300 амінокислот, їх можна умовно поділити на 2 групи:

1. вільні амінокислоти (непротеіногенні), які не беруть участі в утворенні білків;

2. протеїногенні, ковалентно зв’язані один з одним в складі пептидів білків.

20 амінокислот з 300 що, є в природі, зустрічаються в складі білків, це: триптофан, лейцин, ізолейцин, валін, треонін, лізин, метіонін, фенілаланін, гліцин, цистин, цистеїн, серін, тирозин, аспарагінова кислота, глютамінова кислота, аргінін, аланін, пролин, гістидин, оксіпролин. Перші вісім амінокислот з числа перелічених є незамінними.

Білки мають різну біологічну цінність. Для визначення біологічної цінності використовують амінокислотний скор, який дозволяє виявити лімітуючі незамінні амінокислоти. Всі амінокислоти, скор яких складає менше 100%, вважається лімітуючими, а амінокислота з найменшим скором є головною лімітуючою амінокислотою.

Зміни, які відбуваються з білками при зберіганні наведені на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2. – Зміни білків при зберіганні рослинних продуктів

При зберіганні картоплі вміст азотистих речовин у меристематичних тканинах (вічках) збільшується весною вдвічі в основному за рахунок білкового азоту.

В паренхімних тканинах бульб зростає вміст небілкового азоту, що може з’явитись однією з причин почорніння серцевини.

При підвищенні в бульбах цукрів вони вступають в реакцію з амінокислотами і утворюють темнозабарвлені продукти. Найбільше потемніння викликає лізин, менше – триптофан і аргінін і найменше – глутамінова кислота і пролін.

Ліпідами називають різнорідні у хімічному відношенні речовини з загальними фізико-хімічними властивостями. Вони нерозчинні у воді і розчинні в органічних розчинниках, складаються з п’яти основних елементів: вуглецю, водню, кисню і в деяких випадках, фосфору, азоту.

Біологічна роль ліпідів – обов’язковий компонент клітинних мембран, представляють собою самий концентрований із всіх харчових речовин джерело енергії, виконують ряд захисних функцій. Ліпіди приймають участь у формуванні мембранних структур, створені меж поверхневого розділу середовищ.

Воска – жироподібні речовини, по хімічній природі – складні ефіри багатоатомних спиртів і жирних кислот. Вони різні по своєму складу. Рослинні воска дуже розповсюджені і містяться у захисному шарі листів, стебел, плодів і насіння. Виконують захисну роль, запобігають пошкодженням і випаровуванням води з поверхні тканин рослин.

Фосфатиди можна поділити на наступні групи: гліцеринові фосфатиди, лецитини, кефаліни, плазмологени, фосфатидилинозиди, сфінгомієліни.

При зберіганні відбувається окислення жирів. Загальмувати процес автоокислення ліпідів можна при допомозі антиоксидантів (антиокислювачів) які подавляють і швидко зв’язують вільні радикали.

Для посилення дії антиоксидантів застосовують синергісти, до яких відносяться: лимонна і аскорбінова кислоти, деякі амінокислоти, аміни, фосфорна кислота, вуглеводи, сірковмісні сполуки.

Вуглеводи – біохімічні сполуки, які утворюються в рослинах в якості первинних продуктів фотосинтезу.

Всі вуглеводи поділяють, в залежності від їх складу, структури і властивостей на три групи: моноцукриди, олігоцукриди, поліцукриди.

Вуглеводи групи моноцукридів - це прості цукри, які не можна розкласти до більш простих сполук без втрати їх специфічних властивостей (глюкоза, фруктоза, арабіноза тощо).

Олігоцукриди (від грецького оліго – не багато) представляють собою вуглеводи які складаються з відносно невеликого числа залишків моноцукридів (від 2 до 50), з’єднаних глікозидними зв’язками. Найбільше значення мають сахароза, мальтоза, лактоза, целобіоза. В продуктах з трицукридів зустрічаються рафіноза (С₁₅Н₃₂О₁₆).

Поліцукриди – не складні високомолекулярні вуглеводи, які складаються з великої кількості моноцукридів, а тому мають високу молекулярну вагу. По хімічній будові поліцукриди ділять на гомополіцукриди і гетерополіцукриди.

Гомополіцукриди складаються з глюкози і називаються глікозидами. Гетерополіцукриди, глюкозоаміни та мукополіцукриди складаються з різного виду моноцукридів (глюкоза, галактоза) та їх похідних.

Вуглеводи – основний енергетичний матеріал соковитої сировини. Цукри витрачаються в процесі дихання. По темпам і кількості зникнення сахарози в плодах і овочах що зберігаються, можна судити про час закінчення їх зберігання.

Пектинові речовини – це декілька груп високомолекулярних сполук вуглеводної природи. Протопектин серединих пластинок якби цементує клітини рослинної тканини. По мірі дозрівання він переходить в розчинний пектин клітинного соку, при цьому змінюється консистенція плодів.

Кислоти приймають участь в процесі дихання, мають велике значення в обміні речовин при дозріванні плодів, так як окислення запасних пластичних речовин у біляпліднику здійснюється через цикл ди і трикарбонових кислот. В результаті утворюються вихідні метаболіти і накопичується енергія для здійснення біосинтезів, які приводять до кінцевого дозрівання насіння і біляплідника. Від перетворення органічних кислот залежить обмін всіх останніх запасних речовин, темп дозрівання плодів і фізіологічні розлади які при цьому виникають.

Вітаміни представляють собою групу низькомолекулярних органічних речовин різної хімічної природи, які мають різноманітні фізіологічні властивості та необхідні для організму в мінімальних кількостях. Кожний вітамін виконує свою біологічну роль, порушення якої призводить до значних змін в діяльності організму. При зберіганні кількість вітамінів в рослинній продукції зменшується.

Ефірні олії – є запасними речовинами. Приймають участь в обміні речовин, при кисневому голоданні використовується кисень ефірних олій. Убивають або затримують розвиток мікроорганізмів.

Барвні речовини – грають захисну і антибіотичну роль. До них належать: хлорофіл, каротин, ксантофіл, лікопін, групи антоціанів.

Спирти та альдегіди – сприяють появі в плодах і овочах фізіологічних захворювань.

Газоподібні і негазоподібні речовини – затримують дихання, пригнічують розвиток мікроорганізмів (СО₂), прискорюють дозрівання плодів і деяких овочів (етилен).

7. Література

1. Колтунов В.А. Технологія зберігання продовольчих товарів: Опорний конспект лекцій. – К., 2004. – 392с.

2. Химический состав пищевых продуктов /Под ред. М.Ф. Нестеркина и И.М.Скурихина – М.: Пищ.пром-сть, 1979.

3. Найченко В. М. , Осадчий О. С. Технологія зберігання і переробки плодів та овочів з основами товарознавства. – Київ: Школяр, 1999.- 502 с.