1.3. Азотистые вещества

Азотистые вещества пищевых продуктов - это собственно белковые соединения и соединения, содержащие азот и не относящиеся к белковым веществам (небелковые аминокислоты, алкалоиды и др.)

Белки называют протеинами (от греч. протос – первый), чем подчеркивается их первостепенное значение в жизнедеятельности любого организма, каждого его органа и клетки.

Белки в питании человека занимают особое место так как выполняют ряд специфических функций, свойственных только живой материи. Они координируют и регулируют все многообразие химических превращений в организме, которое обеспечивает функционирование его как единого целого.

Белки участвуют в построении ферментов, гормонов и антител. Недостаточность белков в пищевом рационе является одной из основных причин повышения восприимчивости организма к инфекционным заболеваниям, снижаются процессы кроветворения, тормозится развитие растущего организма, нарушается деятельность нервной системы, печени, эндокринных желез и другие жизненно важные функции. Белки обеспечивают нормальную деятельность центральной нервной системы и ее высшего отдела – коры головного мозга. Недостаток белков в питании ослабляет умственную деятельность и снижает работоспособность человека.

У здорового взрослого человека при правильном питании расходуется весь поступивший с пищей белок, то есть имеет место азотистое равновесие. Если белка недостаточно, то наблюдается отрицательный азотистый баланс, то есть организм тратит для поддержания азотистого равновесия собственные белки тела, что приводит к заболеванию. При поступлении в организм с пищей недостаточного или минимального количества белка (25-30 г в сутки), человек постепенно худеет, использует все запасы жиров и углеводов, затем заболевает. Более или менее длительное употребление избыточного количества белка (200 г в сутки) приводит к ухудшению деятельности нервной системы.

В организме человека белки постоянно обновляются независимо от его возраста, но в молодом растущем организме скорость синтеза белков превышает скорость распада, а в пожилом и больном организме – наоборот. Наиболее быстрому обновлению подвергаются белки печени (до 10 дней), а наиболее медленному – белки мышц, соединительной ткани и мозга (до 180 дней). Период обновления гормонов измеряется часами и даже минутами (инсулин).

Средняя суточная физиологическая потребность человека в белке составляет 73-120 г для мужчин и 60-90 г для женщин, в том числе белка животного происхождения 43-65 и 43-49 г соответственно. Потребность в белке для лиц, перенесших тяжелые инфекции, хирургические вмешательства, имеющих заболевания органов пищеварения, дыхания, увеличивается в среднем до 110-120 г в день, а в высокобелковой диете, например, для диабетиков, его количество возрастает до 135-140 г. Белок ограничивается до 20-40 г в сутки при заболеваниях, связанных с почечной недостаточностью, подагре и некоторых других.

Сегодня в мире существует значительный дефицит пищевого белка. На каждого жителя Земли приходится не более 60 г белка в сутки. В России за последнее десятилетие потребление животных белковых продуктов снизилось на 25-35 % (с 47,5 до 38,8 г/сут белка животного происхождения); в семьях с низким доходом потребление общего белка в сутки не превышает 29-40 г.

В решении проблемы дефицита белка определилось новое биотехнологическое направление – получение генетически модифицированных трансгенных продуктов с повышенным содержанием белка.

Продукты, полученные генной инженерией с использованием генов микроорганизмов и растений содержат меньше пестицидов, консервантов, тяжелых металлов, чем обычные продукты. Однако потребление этих продуктов должно находится под контролем, так как введение в организм растений генов, ответственных за синтез белков (например альбуминов молока, яиц и др.) заключает в себе опасность проявления пищевой аллергии, а генов из микроорганизмов – получения изделий с низкой усвояемостью белка.

Белки содержатся в живых организмах в различных количествах, и, как правило, в растениях их меньше, чем в организме животных. В вегетативных органах культурных растений количество белков обычно достигает 5-15 % веса сухой массы, в семенах злаков – 10-20 %, в семенах бобовых и масличных культур – 25-35 %. В различных органах животных содержится от 20 до 80 % белков, а во всем теле животных – 40-50 % веса сухой массы.

Белки являются основным материалом, из которого построено тело человека (его мышечная, нервная и мозговая ткань, кровь и др.), а также источником тепловой энергии (1 г белка в процессе усвоения его с пищей выделяет 4,0 ккал тепла). Некоторые белки обладают замечательной способностью к превращению химической энергии в механическую, поэтому они обусловливают подвижность животных, а также движения некоторых растений и простейших организмов. Высказывание о том, что жизнь – есть способ существования белковых тел и что жизнь всегда связана с каким-либо белковым телом, полностью подтверждено многочисленными исследованиями.

Белки – самые сложные из соединений, существующих в природе. Многообразие функций и высокая лабильность белков свидетельствует об огромной сложности их химического старения.

Белки отличаются от углеводов и жиров тем, что всегда содержат азот (15-18 %), поэтому они являются азотистыми веществами. Кроме азота, в молекуле белка содержатся углерод (50-54 %), водород (6-7 %), кислород (21-23 %), сера (0,3-2,5 %), а в некоторых белках – фосфор, железо, медь, кальций и др.

Вопрос о значении белков в пищевых продуктах можно рассматривать с трех точек зрения: питательной ценности; влияния на сроки хранения; влияние на вкусовые и ароматические свойства пищевых продуктов.

В целом белковые вещества оказывают на пищевые продукты положительное влияние, однако они могут быть и источниками ряда нежелательных явлений при хранении и переработке продуктов.

Положительное влияние белков состоит в повышении питательной ценности пищевых продуктов, а также в том, что они принимают участие в созревании и улучшении вкусовых и ароматических свойств некоторых из них (созревание мяса, сыров и др.). Вместе с тем при хранении, под влиянием микроорганизмов, они могут разлагаться, вызывая гниение и порчу продукта. Кроме этого, присутствие белковых веществ в некоторых пищевых продуктах снижает их товарное качество (помутнение напитков); в других случаях повышенное содержание белковых веществ ухудшает вкусовые и ароматические свойства продуктов (чай, табак и др.).

Белки по сравнению с углеводами и жирами отличаются высокой реактивностью, так как они очень легко реагируют между собой и с другими веществами (углеводы, жиры и др.).

С точки зрения товароведения большое значение приобретают общие свойства белков. Из общих свойств белков необходимо обратить особое внимание на обратимое и необратимое их осаждение. При воздействии спирта в условиях сравнительно низкой температуры и непродолжительного времени имеет место обратимое осаждение белков. Это значит, что в этих условиях выпавший осадок белков при добавлении первоначального растворителя снова переходит в раствор. В остальных случаях белки подвергаются необратимому осаждению, или денатурированию.

Процесс денатурации белков очень сложен, а виды денатурации разнообразны. Поскольку в состав большинства пищевых продуктов входят белковые вещества, этот вопрос приобретает особый интерес. В связи с денатурацией белков возникает множество вопросов товароведного характера, например сущность различных видов денатурации, скорость денатурации белков в зависимости от воздействующих факторов, влияние денатурации белков на товароведные свойства пищевых продуктов (цвет, аромат, вкус, стойкость при хранении и др.).

В связи с тем, что вода – универсальная среда для биологических реакций, а белки в организмах – основные вещества, связывающие воду, большое значение имеет выяснение вопроса о взаимодействии белков с водой, или гидратация белков.

Изучая белки, прежде всего необходимо уяснить их химическую природу и физические свойства, дать общую классификацию в зависимости от их биологических и физико-химических свойств.

В настоящее время существуют две схемы классификации белков: биологическая и химическая.

По биологическому признаку белки можно разделить на растительные и животные. Типичными растительными белками являются глиадины и глютелины, хотя в растениях, так же как и в животных, находятся альбумины, глобулины и также нуклеопротеиды.

Животные белки, в зависимости от их функции и местонахождения, можно разделить на две основные подгруппы: внутриклеточные и внеклеточные, из которых, в свою очередь, выделяются белки соединительной ткани (склеропротеины) и белки эпидермиса (кератины, т.е. белки волос, шерсти и т.д., фиброины и серицины - белки шелка).

Таким образом, в отличие от животных, в растениях имеются только внутриклеточные белки.

По химическому признаку белки разделяются на три группы:

– простые белки (протеины);

– сложные белки (протеиды - образованные соединением

белка с какими-либо другими веществами небелкового характера);

– производные белков - вещества, получаемые путем их постепенного гидролитического распада.

Протеины, или простые белки, разделяются на группы в зависимости от их растворимости в различных растворителях. К протеинам относятся следующие группы белков:

Альбумины – простые белки, растворимые в воде. Они имеют относительно небольшой молекулярный вес; многие из них получены в кристаллическом состоянии. Типичным представителем альбуминов является альбумин куриного яйца. Альбумины встречаются во всех растительных тканях, а семена почти всех растений содержат их в количестве 0,1-0,5 %. Отдельными представителями альбуминов являются лейкозины пшеницы, ржи и ячменя, легумелины семян сои и гороха и некоторые другие. К настоящему времени определены молекулярный вес и аминокислотный состав этих белков.

Глобулины – белки, нерастворимые в воде или слабых кислотах, но растворимые в слабых растворах нейтральных солей. Для извлечения глобулинов чаще всего используют 4-10 %-ные растворы хлористого натрия или калия. Глобулины наиболее распространены в растениях. В семенах бобовых растений и масличных культур они составляют главную массу белков. В семенах земляного ореха глобулины могут откладываться в кристаллической форме и легко обнаруживаются под микроскопом. К глобулинам животного происхождения относят лактоглобулин молока, фибриноген, дающий при свертывании крови фибрин. Молекулярный вес большинства глобулинов – 100-300 тыс.

Проламины – простые белки, характерное свойство которых -растворимость в 70 % этиловом спирте; в воде проламины нерастворимы. Важная особенность проламинов состоит в том, что они встречаются только в растениях, главным образом в семенах злаков.

В проламинах много пролина, амидов и глутаминовой кислоты, а основных аминокислот немного.

К наиболее изученным проламинам относятся глиадины пшеницы и ржи, гордеин ячменя, зеин кукурузы, авенин овса и др. Молекулярный вес большинства проламинов составляет 26-40 тысяч.

Глютелины – белки, нерастворимые в воде, солевых растворах и этиловом спирте, но растворяются в слабых растворах щелочей (0,2-2 %). Глютелины содержатся только в растениях. Содержание этих белков в семенах различных растений достигает 1-3 % веса семян. Глютелины изучены очень слабо, и некоторые исследователи считают, что эта фракция - смесь различных простых и сложных белков.

Протамины – наиболее просто построенные белки с низким молекулярным весом и резко выраженными основными свойствами. Высокая щелочность протаминов объясняется большим количеством в них аргинина на долю которого приходится до 60-80 % общего содержания аминокислот в молекулах белков.

Протамины обнаружены впервые в молоках рыб и находятся там в соединении с нуклеиновыми кислотами. В растениях протамины до сих пор не открыты, хотя предполагается их наличие в пыльце. Молекулярный вес протаминов не превышает 8-10 тысяч.

Гистоны – также щелочные белки с низким молекулярным весом, содержащиеся в ядрах животных клеток в соединении с нуклеиновыми кислотами. В растениях гистоны также не обнаружены, но предполагается их присутствие в семенах.

Протеиды. К группе сложных белков, или протеидов, относятся такие белки, в состав которых, кроме белковой части, входит та или иная небелковая группа, прочно связанная с белком. Отделение белка от небелковой части достигается лишь после полного или частич­ного гидролиза протеидов. Все протеиды делят на группы в зависи­мости от природы этой небелковой части. К протеидам относятся следующие группы белков.

Фосфопротеиды – сложные белки, в которых белок связан с фосфорной кислотой эфирной связью. Наиболее изученным фосфопротеидом является казеин - белок молока. Фосфорная кислота в казеине связана с гидроксильной группой серина. Кроме этого - вителлин (яичный желток), ихтулин (икра рыб), фермент пепсин фосфопротеид. Фосфопротеиды растений изучены очень слабо.

Липопротеиды – сложные белки, в которых белок прочно связан с производными лецетина, холестерина, кефалина и др. липидов. Изучен ряд липопротеидов животного происхождения (яичного желтка, нервной ткани и др.), а липопротеиды растений не исследованы.

Глюкопротеиды, или мукопротеиды, - сложные белки, в которые входят углеводы или их производные. Обычно в состав глюкопротеидов, кроме собственно белков, могут входить глюкоза, манноза, галактоза и др. соединения. Типичные представители глюкопротеидов - белки, входящие в состав слюны, а также некоторых растительных слизей.

Металлопротеиды – сложные белки, в состав которых входят какие-либо металлы. К этой группе относятся в основном белки, обладающие ферментативными свойствами. Таковы каталаза, пероксидаза, цитохромы, представляющие собой белки, содержащие железо; аскорбатоксидаза, полифенолоксидаза, в состав которых входит медь. Иногда металлопротеиды объединяют в одну группу с хромопротеидами,

Хромопротеиды – соединения, состоящие из белка, связанного с тем или иным окрашенным соединением небелкового характера. К наиболее изученным хромопротеидам относятся соединения хлорофилла с белком, играющие важную роль в процессе фотосинтеза, а также гемоглобин человека и животных, с помощью которого осуществляется перенос кислорода и отчасти углекислоты кровью.

Нуклеопротеиды – одна из самых важных групп белков, имеющая очень большое значение во многих процессах, происходящих в живых организмах. Нуклеопротеиды представляют собой соединения белков с нуклеиновыми кислотами.

Белки состоят из различных аминокислот. Аминокислоты – основные структурные единицы, из которых построены молекулы всех белковых веществ.

Аминокислоты – производные кислот жирного или ароматического рядов, содержащие одновременно аминогруппу (NH₂) и карбоксильную группу (СООН). Большинство природных аминокислот имеют общую формулу:

Н

R-С-СООН

NH2

Так как аминокислоты являются производными органических кислот, то каждой органической кислоте может соответствовать одна или несколько аминокислот, поэтому синтетически можно получить огромное количество аминокислот. Однако. природа не использует эти возможности, и общее число известных в настоящее время аминокислот составляет около 300. Аминокислоты могут содержать две и более аминогруппы, а также две карбоксильные группы (дикарбоновые аминокислоты). Что касается радикала R, то он может представлять собой остатки жирных кислот, ароматические кольца, различные гетероциклы (например остаток индола) и т.п. По внешнему виду аминокислоты белые кристаллические порошки, большинство которых хорошо растворимо в воде при обычной температуре. Так как аминокислоты содержат одновременно основную аминную и кислую карбоксильную группы, они, как и другие амфотерные соединения, могут диссоциировать с образованием Н⁺ и ОН^- ионов. В связи с амфотерным характером аминокислот в водных растворах, в зависимости от рН раствора, диссоциация карбоксильной группы или аминогруппы подавляется, и аминокислоты обнаруживают свойства щелочи или кислоты. Как было сказано ранее, в природе обнаружено около 300 различных аминокислот, но только 20 из низ входят в состав белковых молекул.

Определение аминокислотного состава белков – одна из важнейших задач при изучении строения белков. Это крайне важно для установления пищевой и кормовой ценности сельскохозяйственных продуктов. Дело в том, что в организме человека и животных могут синтезироваться не все аминокислоты, необходимые для построения белков различных органов и тканей. Часть аминокислот не может синтезироваться в живом организме и человек, а также животные должны получать их с пищей и кормом. Такие аминокислоты получили название незаменимых аминокислот.

В настоящее время к незаменимым для человека аминокислотам относят валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, гистидин, лизин, триптофан и фенилаланин. Ниже приводится оптимальная ежедневная потребность человека в незаменимых аминокислотах (в граммах) -валин - 3,8; лейцин - 9; изолейцин - 3,3; гистидин - 2; лизин -5,2; триптофан - 1,1; треонин - 3,5; метионин - 3; фенилаланин -4,4.

Постоянное отсутствие в пище каких-либо незаменимых аминокислот может привести к тяжелым заболеваниям.

Определение аминокислот белков показали, что отдельные белки резко различаются по составу аминокислот. В некоторых белках отдельные аминокислоты могут отсутствовать или находиться в ничтожном количестве, а других может быть очень много. Например, зеин семян кукурузы не содержит лизина и триптофана, в то же время в нем много глутаминовой кислоты, лейцина, пролина и аланина. В глиадине пшеницы количество глутаминовой кислоты и амидов достигает почти половины общего содержания аминокислот в белке, в белках клубней картофеля много лизина и т.д. Аспарагиновая и особенно глутаминовая кислоты, а также лейцин, изолейцин и пролин обычно находятся в белках семян растений в количествах более 5-8 %, и часто общее содержание этих пяти аминокислот составляет 60-70 % количества аминокислот в белках растений.

Во многих белках нет отдельных незаменимых аминокислот. Например, триптофан отсутствует в желатине, дрожжах, зеине и белках яблок.

На практике наибольшее распространение для определения биологической ценности белков получили так называемые методы аминокислотных шкал, основанные на использовании аминокислотного (химического) скоpа. Определение лимитирующих аминокислот и степени их недостатка состоит в сравнении процентного содержания аминокислот в изучаемом белке и в таком же количестве условного "идеального" белка, т.е. белка, полностью удовлетворяющего потребности организма. Все аминокислоты, скор которых составляет менее 100 %, считаются лимитирующими, а аминокислота с наименьшим скором является главной лимитирующей аминокислотой. Принято, что 1 г "идеального" белка содержит (в мг): изолейцина - 40, лейцина - 70, лизина - 55, триптофана - 10, треонина - 40, валина - 50, серосодержащих соединений (в сумме) - 35 и др. Если например, 1г исследуемого белка содержит: изолейцина - 20, лейцина - 80, лизина - 40, метионина и цистина (в сумме) - 35, фенилаланина и тирозина (в сумме) - 70, триптофана - 10, треонина - 30, валина - 80, то скоры соответственно составят: для изолейцина 20 : 40 100 = 50 %, лейцина -114, лизина - 73, метионина и цистина (в сумме) - 100, фенил­аланина и тирозина (в сумме) - 118, триптофана - 100, треонина -75, валина - 165 %. В данном случае главной лимитирующей аминокислотой является изолейцин, второй – лизин, третьей – треонин.

Анализы полного аминокислотного состава белков получены лишь для ограниченного числа продуктов питания и работы в этом направлении продолжаются.

Наиболее дефицитными аминокислотами в пищевых продуктах являются триптофан, лизин, треонин и метионин.

Более полноценными являются белки животного происхождения; в овощах и плодах присутствуют все незаменимые аминокислоты.

Наряду с аминокислотным составом биологическая ценность белков определяется и степенью их усвоения после переваривания. Животные белки имеют более высокую усвояемость, чем растительные. Из животных белков в кишечнике всасывается более 90 % аминокислот, а из растительных – только 60-80 %. В порядке убывания скорости усвоения белков в желудочно-кишечном тракте пищевые продукты располагаются следующим образом: рыба  молочные продукты  мясо  хлеб  крупы. Одной из причин более низкой усвояемости растительных белков является их взаимодействие с полисахаридами (целлюлозой, гемицеллюлозами), которые затрудняют доступ пищеварительных ферментов к полипептидам.

Установлена следующая ценность белков различных продуктов, выраженная в процентах по отношению к образованию в них белков организма:

Белок молока	100	Белок ржаного хлеба	75
Белок яйца	94	Белок пшеничного хлеба	65
Белок рыбы	94	Белок бобовых	58
Белок говядины	80	Белок арахиса	56
Белок картофеля	76	Белок дрожжей	52

Для построения пищевого рациона необходимо знать. какое количество белка содержится в том или ином продукте. Надо иметь в виду, что содержащие много белка мясо, яйца, творог не состоят из одних белков: в 100 г мяса без костей содержится 19 г белка, а с костями – в среднем около 15 г, в 100 г яиц (2 штуки) – около 11 г, в 100 г жирного творога – около 14 г, в 100 г гороха – 15 г.

Приведенные ниже данные показывают сколько граммов сырого продукта требуется, чтобы после его обработки и удаления отходов получить 10 г белка.

свинина жирная	80		судак	60
печень	65		икра кетовая	60
колбаса вареная	100		сельдь жирная	60
говядина	65		молоко цельное	260
баранина	70		творог жирный	90
куры	55		сыр 45 % жирности	50
треска	70		хлеб ржаной	200
горох, фасоль	50		картофель	600
пшено	100		капуста	700

В природе нет таких растений и животных, которые не содержали бы белка. Отсутствие белка в продуктах является результатом их обработки. Так, в зерне подсолнечника имеется белок, но его нет в растительном масле; в свекле содержится белок, но его нет в сахаре; белок содержится в картофеле, но его нет в крахмале.

Белки мяса являются полноценными – у них нет недостатка в незаменимых аминокислотах. Однако большинство мясных продуктов характеризуются наличием так называемых соединительных тканей. Общее содержание соединительно-тканных белков в мясе (говядине) обычно составляет 12-15 % от общего количества белков. Они представлены в основном коллагеном и эластином, которые не являются полноценными, так как практически не содержат такой важной незаменимой аминокислоты, как триптофан, мало содержат цистина и много – оксипролина (заменимой аминокислоты).

При тепловой обработке мяса – варке, жарении, тушении – часть белка теряется. Больше всего теряется белков при жарении (8-12 %). При варке некоторая часть белков мяса переходит в бульон (около 10 %). Наименьшие потери белка бывают при тушении (4-8 %).

По биологической ценности белки рыбы не хуже белков мяса, их аминокислотный состав весьма благоприятен для организма человека. Положительной особенностью белков рыб по сравнению с белками убойных животных является более высокое содержание такой незаменимой аминокислоты, как метионин. Белки рыб выигрывают и тем, что в составе их в несколько раз меньше белков соединительных тканей. При этом белки соединительных тканей относятся к типу коллагена, который легко желатининзируется. Поэтому усвояемость белков рыбных продуктов выше (93-98 %),чем мясных (87-89 %).

Источником полноценного белка кроме рыб являются беспозвоночные. Белки мяса креветок, омаров, лангустов, мидий, кальмаров и трепангов по питательности не уступают белкам молока и яиц, и превышают питательность белков рыбы и мясопродуктов наземных животных.

В белках яиц много таких дефицитных для человека незаменимых аминокислот, как лизин (0,9 %), триптофан (0,2 %), метионин (0,4 %). Белок яиц хорошо усваивается, особенно после легкой кулинарной тепловой обработки. Белок из сырых, круто сваренных и жареных яиц усваивается хуже.

В сыром яичном белке содержится вещество – авидин, которое вредно влияет на витаминный обмен в организме (на витамин Н – биотин). Поэтому сырой яичный белок употреблять в пищу в повышенном количестве не следует, а при болезнях почек, кожи вообще не рекомендуется включать в диету.

У молока наиболее ценным компонентом является не жир (как считают многие), а его белок. Белки молока не только полноценны и хорошо сбалансированы, они находятся в коллоидно-дисперсном состоянии, что способствует их легкой усвояемости. Белок молока благодаря наличию серосодержащих аминокислот является единственным растворимым белком в питании человека (если не считать белка сырых яиц), нейтрализующим некоторые вредные для здоровья вещества. Именно по этой причине на многих предприятиях с вредными условиями труда в свое время была введена бесплатная выдача молока. Молочный белок способствует лучшей деятельности печени человека и помогает в лечении инфекционных заболеваний. Надо помнить, что пол-литра молока обеспечивает около половины суточной потребности человека в животном белке.

Белок зерновых культур не содержит в достаточном количестве некоторых незаменимых аминокислот. Так, по сравнению с “идеальным” белком в белке пшеничного хлеба содержится меньше такой незаменимой аминокислоты, как лизин (около 50 %). Ржаной хлеб в этом отношении ценится выше пшеничного, так как в его белке больше лизина (62 %) и столько же, сколько в пшеничном, треонина (80 %).

Картофельный белок содержит недостаточное количество серосодержащих незаменимых аминокислот (метионина и цистина) – 70 % от «идеального» белка, но в нем много лизина – 123 % от «идеального» белка. Поэтому при сочетании картофеля с зерновыми (мукой и хлебом), которые, наоборот, относительно богаты серосодержащими аминокислотами, а бедны лизином, человек получает довольно полноценный набор аминокислот.

К небелковым азотистым веществам относятся свободные аминокислоты, дипептиды, полипептиды, альбумозы и пептоны, получающиеся при гидролитическом расщеплении белковых веществ, а также аминокислоты, не входящие в состав белковых веществ и алкалоиды.

Развитие новейших методов исследования, в частности хроматографических методов, позволило обнаружить ряд аминокислот, не входящих в состав белков и находящихся в животных или растительных объектах в свободном виде.

За последние годы было обнаружено свыше 60 различных аминокислот, не входящих в состав белков.

Из моноаминокарбоновых кислот в животных и растительных объектах встречаются: -аминомаслянная кислота, -аланин, -гомосерин.

К моноаминодикарбоновым кислотам, встречающимися в свободном виде в живых организмах и пищевых продуктах, относятся: -аминоадипиновая кислота, -теанин, -метиленглутаминовая кислота и др.

Большой интерес представляют серосодержащие аминокислоты, встречающиеся в свободном виде. К этой группе аминокислот относится метил-цистеин-сульфоксид, который выделен из капусты и репы, встречается он также в редисе, цветной капусте и др. растениях. Характерный запах вареной капусты обусловлен сульфоксидом-метилцистеина.

Аллиин является аминокислотой, выделенной из чеснока. Под действием фермента аллиназы аллиин превращается в аллицин, обладающий запахом чеснока.

Из других аминокислот пищевых продуктов следует отметить цитруллин, который найден в соке арбуза и некоторых других растений; он встречается и в тканях животных.

Перечисленные аминокислоты были идентифицированы биохимиками, однако они не установили их роль в процессах, происходящих во время переработки сырья и хранения пищевых продуктов. Поэтому вопрос о том, какую роль приобретают эти аминокислоты для товароведения пока остается открытым.

Алкалоиды. Алкалоиды привлекли внимание благодаря своим целебным или токсичным свойствам. Еще в Древнем Востоке как снотворное применяли опий - алкалоид, полученный из незрелых плодов мака. С давних времен были известны стимулирующие свойства листьев кола и противомалярийное действие коры хинного дерева - цинхона.

В развитии учения об алкалоидах большая роль принадлежит отечественным исследователям. А.А. Воскресенский в 1842г. открыл в бобах какао алкалоид теобромин; путь синтеза алкалоидов был выявлен А.Н. Вишнеградским. Большие заслуги в области изучения алкалоидов принадлежат В.М. Родионову, А.П. Орехову и др.

Название "алкалоиды" произошло в связи с основным характером выделенных из растений физиологически активных веществ.

Впервые в 1806г. немецкий аптекарь Сертюрнер получил из опия алкалоид морфин. В 1816 г. русский ученый Ф.И. Гизе выделил из коры хинного дерева чистый хинин; в 1828г. был открыт никотин, а затем и ряд других алкалоидов. К настоящему времени известно свыше 2000 различных алкалоидов.

По современным данным, алкалоиды содержатся примерно в 10 % всех видов растений. Однако наши знания о распространении алкалоидов в растительном мире несовершенны. Даже в России из 20000 видов растений, обследовано на содержание алкалоидов лишь немногим более 4000 видов.

Народнохозяйственное значение алколоидоносных растений и алкалоидов очень велико. Многие алкалоиды широко применяются в медицине, ветеринарии, в сельском хозяйстве, в некоторых отраслях промышленности. Особенно велико значение алкалоидов в медицине и в течение длительного периода они были одними из основных лекарств. Алкалоиды оказывают сильное физиологическое действие на организм и применяются при лечении сердечных, сосудистых, нервных, желудочно-кишечных и др. заболеваний человека и животных.

Многие алкалоиды содержатся в пищевых продуктах и используются человеком в качестве тонизирующих и наркотических средств. К таким продуктам относятся чай, кофе, какао, мак, табак, махорка и др. продукты, содержащие алкалоиды. Однако употребление алкалоидов в повышенных дозах очень вредно сказывается на здоровье человека.

К настоящему времени строение многих алкалоидов хорошо изучено и для ряда алкалоидов осуществлен их химический синтез в промышленном масштабе (кофеин, эфедрин, папаверин).

В связи со щелочным характером алкалоиды образуют с кислотами соли. Большая часть алкалоидов в растениях содержится в виде солей органических кислот - яблочной, лимонной, щавелевой, янтарной и др. В алкалоидоносных растениях обычно имеется не один какой-либо алкалоид, а целая группа родственных алкалоидов. Например, в коре хинного дерева кроме хинина содержится до 20 других алкалоидов, свыше 25 алкалоидов в опийном маке, не менее 10 алкалоидов в табаке.

Количество алкалоидов в растениях обычно невелико, всего лишь несколько сотых или десятых долей процента, и поэтому при содержании 1-2 % алкалоидов растение считается хорошим алкалоидным сырьем. Однако некоторые растения способны накапливать очень много алкалоидов - до 10 % и более. К таким растениям относятся хинное дерево, табак, барбарис.

Распределение алкалоидов в растениях крайне неравномерное. Некоторые растения накапливают алкалоиды преимущественно в листьях, другие - в коре, третьи - в семенах, четвертые - в клубнях и т.д.

Роль алкалоидов в животном и растительном мире до настоящего времени еще точно не установлена.

Трудность в создании приемлемой теории о физиологической роли алкалоидов в растениях усугубляется тем, что они не являются универсально распространенными веществами, а свойственны только некоторым растениям. Большинство же растений обходится без алкалоидов.

Многие алкалоиды в организме человека и животных проявляют высокую физиологическую активность, являясь сильнейшими ядами в сравнительно небольших дозах.

Алкалоиды в большинстве случаев действуют на нервную систему, в малых дозах – как, возбуждающее средство, а в больших – как угнетающее.

Большинство алкалоидов являются азотистыми гетероциклическими соединениями, содержащими от 8 до 50 атомов углерода.

Классифицируют алкалоиды чаще всего на основании строения гетероциклов, входящих в состав молекул. Однако следует отметить, что единой классификации пока нет. По предложению акад. А.П. Орехова все алкалоиды могут быть разделены на 12 групп, а именно: производные индола, пиридина, хинолина, иурина, тропана и т.д.

К алкалоидам группы пиридина относятся алкалоиды перца (пиперин и пипероватин) и табака (никотин, никотирин и ряд других).

Алкалоиды группы индола охватывают алкалоиды спорыньи (эргоалкалоиды). К группе стериновых алкалоидов следует отнести алкалоиды картофеля, томатов, баклажанов (соланины). Алкалоидные амины встречаются в горчице (синапин); производные иурина находятся в чае, кофе (кофеин, теобромин). К ациклическим алкалоидам следует отнести капсаицин - алкалоид красного перца.

Из указанных выше алкалоидов наиболее подробно изучена биологическая активность алкалоидов черного перца, табака, картофеля, чая, кофе, какао и др.

Пиперин первоначально был выделен из черного перца, затем обнаружен и в различных его разновидностях. В черном перце содержание пиперина колеблется от 5 до 9 %. Из перца пиперин можно получить экстракцией спиртом. Общей токсичностью этот алкалоид не обладает, а вызывает лишь ощущение местного жжения.

Табак содержит несколько алкалоидов, главным из них является никотин. В табаке представлены также сопутствующие никотину алкалоиды: никотеин, никотимин и др.

Никотин был выделен в чистом виде из листьев табака в 1828 г. Никотину свойствен характерный запах табака. Содержание его в табаке может достичь 2 % и выше, а в махорке - 5 % и более. Никотерин встречается в сигарных (темных) сортах табака. При курении табака происходит его горение и сухая перегонка, причем непосредственным продуктом потребления является табачный дым. В дым переходят алкалоиды, не встречающиеся в исходном сырье. В чистом виде никотин обладает высокой токсичностью. Смертельная доза для человека составляет примерно 40 мг. В небольших количествах он действует как возбудитель нервной системы, способствует сокращению кровеносных сосудов и, следовательно, повышению кровяного давления.

Соланин накапливается в проросших и позеленевших клубнях картофеля.

Обычно содержание соланина в картофеле (до 0,01 %) не вызывает опасных последствий, тем более, что он сосредоточен в кожице и наружных слоях, удаляемых при очистке. При содержании более 0,02 % могут возникать головные боли, рвота и др.

Кокаин - главнейший алкалоид южноамериканского растения кока, которое культивируется сейчас также в Индии и на острове Ява. Содержание кокаина в листьях составляет 1-2 %. Кокаин парализует окончания чувствительных нервов и применяется как местное анестезирующее средство. Кроме того, он действует на центральную нервную систему и вызывает своеобразное чувство опьянения.

При повторных приемах организм привыкает к кокаину и развивается так называемый кокаинизм. Токсическая доза кокаина для человека – 0,2 г, высшая лечебная доза - 0,03 г.

В коре хинного дерева содержится более 20 так называемых хинных алкалоидов, имеющих близкое строение. Кроме хинина, наиболее важные из них хинамин, хинидин и др. Суммарное содержание алкалоидов в коре обычно составляет от 2 до 15 % веса сухой массы.

Физиологическое действие хинина на организм человека очень разнообразно. Он угнетает нервную систему, возбуждает мускулатуру матки, снижает температуру тела. Препараты хинина широко применяются в медицине как противомалярийное средство и для лечения некоторых сердечных заболеваний.

Опий - это высушенный млечный сок недозрелых головок снотворного (опийного) мака. Содержание алкалоида в нем обычно составляет 15-20 %. В опии найдено свыше 20 различных алкалоидов. В среднеазиатском опии в наибольшем количестве содержится морфин (10 %), наркотин (5 %), папаверин (0,8 %), тебаин (0,4 %), кодеин (0,3 %) и некоторые другие.

Наибольшее значение имеет морфин и его метиловый эфир кодеин.

Морфин - лучшее болеутоляющее и успокаивающее средство. Он действует на центральную нервную систему. Уже при введении 0,01г морфина ощущение боли снимается. При повторных приемах морфина, человек способен переносить значительные дозы этого алкалоида, происходит привыкание к нему и развивается так называемый морфинизм.

Кодеин почти не обладает наркотическими свойствами; в медицине он применяется в качестве средства против кашля¦

Из семян горчицы и из хрена выделен глюкозид синигрин. Ферменты хрена и семян горчицы расщепляют синигрин с образованием эфирно-горчичного масла, обладающего характерным жгучим вкусом. Ферментативное расщепление синигрина сильно стимулируется аскорбиновой кислотой.

Из алкалоидов - производных пурина - важнейшими являются алкалоиды чая, кофе и какао. Основой этих алкалоидов является ксантин, в свою очередь являющийся производным пурина.

Кофеин содержится в зернах кофе (1-3 %), в листьях чая (до 5 %), а также в небольшом количестве в какао, орехах кола и др. растениях.

Теобромин (в количестве до 3 %) имеется в бобах какао и в меньшем - в листьях чая.

Кофеин возбуждает центральную нервную систему и сердечную деятельность. Под действием кофеина кровеносные сосуды сужаются и кровяное давление возрастает. Применяется при усталости, отравлении наркотиками и др.

Некоторые алкалоиды принимают определенное участие в формировании качества готового продукта при переработке сырья. В частности, доказано активное участие кофеина в процессе ферментации и сушки чая. Кофеин, соединяясь с дубильными веществами чая, образует таннат кофеина, придающий чаю характерные свойства (аромат, цвет).

Другие алкалоиды обусловливают специфичность вкуса, запаха и аромата некоторых продуктов (хрен, горчица, перец и др.), оказывая одновременно и физиологическое воздействие на организм человека (улучшение аппетита). Многие алкалоиды имеют бактерицидные свойства, поэтому их возможно использовать при хранении.

Нуклеиновые кислоты - сложные высокомолекулярные соединения, играющие важнейшую роль в жизнедеятельности организмов. Они обеспечивают хранение и передачу генетической информации (наследственных свойств) и принимают непосредственное участие в биосинтезе белков в клетках, в том числе и белков-ферментов. Таким образом, все процессы обмена веществ в клетках тесно связаны с нуклеиновыми кислотами.

Нуклеиновые кислоты были открыты в 1870 г. немецким ученым Мишером и впервые были выделены из ядра клеток (нуклеус - ядро). Наиболее важные данные, касающиеся их строения, свойств и биологической роли, были получены в ХХ веке, когда в биохимии и биологии стали широко применяться новейшие физические и химические методы исследования. Еще в ранних работах, связанных с изучением нуклеиновых кислот, было установлено, что эти кислоты содержатся в наибольшем количестве в органах и тканях, богатых ядерным веществом и характеризующихся интенсивным синтезом белков. Например, количество нуклеиновых кислот в молодых листьях или в точках роста побегов значительно больше, чем в старых листьях или в стеблях. Много нуклеиновых кислот в зародышах семян, глазках клубней картофеля, пыльце, кончиках корней и т.д.

Нуклеиновые кислоты, как показывает их название, обладают сильно выраженными кислотными свойствами и при физиологических значениях рН несут высокий отрицательный заряд. В связи с этим в клетках организмов они легко взаимодействуют с различными катионами и прежде всего с основными белками, образуя нуклеопротеиды. Нуклеиновые кислоты при полном их гидролизе распадаются на три, типа веществ: азотистые основания - пуриновые и пиримидиновые основания, сахара (пентозы) и фосфорную кислоту. Углеводными компонентами, входящими в состав нуклеиновых кислот, являются пентозы-Д-рибоза или 2-Д-дезоксирибоза.

В организмах содержатся два основных типа нуклеиновых кислот, рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Как следует из названий этих кислот, в качестве углеводного компонента в состав рибонуклеиновой кислоты входит рибоза, а в состав дезоксирибонуклеиновой кислоты - дезоксирибоза. Все пиримидиновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот, представляют собой производные пиримидина. Из пиримидиновых оснований в составе РНК входят цитозин, урацил, а в составе ДНК преобладают цитозин и тимин.

Из пуриновых оснований в нуклеиновых кислотах преобладают два вида, являющихся производными пурина - аденин и гуанин.

Аденин и гуанин обязательные составные части как РНК, так и ДНК.

Таким образом, химический состав рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот следующий:

РНК				ДНК
аденин		урацил		аденин		тимин
гуанин		фосфорная кислота		гуанин		5-метилцитозин
цитозин		рибоза		цитозин		фосфорная кислота
						дезоксирибоза

Большая часть нуклеиновых кислот в клетках находится не в свободном состоянии, а более или менее прочно связана с белком. Соединение нуклеиновых кислот с белками, как и соединение с белками других веществ (хлорофилла, витаминов, углеводов, липидов), имеет очень большое биологическое значение, т.к. при взаимодействии с белками вещества становятся функционально более активными, приобретают новые качества по сравнению с теми же веществами, которые находятся в клетках в свободном состоянии. Связи нуклеиновых кислот с белками могут быть самыми разнообразными: лабильные типа водородных, легко разрывающиеся при слабых воздействиях, и более прочные химические связи.

Основная часть РНК клетки (60-80 %) приходится на долю рибосомной РНК, которая содержится в биологически активных внутриклеточных частицах - рибосомах и характеризуется высоким молекулярным весом, достигающим 1-2 млн. Транспортная РНК составляет обычно 10-20 % всей РНК клетки, она не связана с клеточными структурами, находится в клетке в растворенном состоянии, имеет сравнительно низкий молекулярный вес (20-30 тыс.). Свое название "транспортная РНК" эта кислота получила потому, что она осуществляет перенос, транспорт аминокислот в процессе биосинтеза белков. Наконец, информационная РНК, которая имеет довольно высокий молекулярный вес (30 тыс. - I млн.), содержится в клетках в небольших количествах (4-7 %) и функции ее заключаются в переносе информации от ДНК на белок. В отличие от ДНК, для РНК характерна гораздо меньшая изменчивость нуклеотидного состава.

Несмотря на огромную роль нуклеиновых кислот в процессах жизнедеятельности, общее их содержание в животных и растительных организмах настолько мало, что обычно его выражают в гаммах (тысячная доля мг) фосфора, входящего в состав РНК и ДНК. Например, в половой клетке человека, определяющей его наследственные свойства, содержится 410^-12 г ДНК. Или иначе, в объеме меньше дождевой капли, заключена материальная основа, обеспечивающая генетическую информацию при рождении 3 млрд. человек.