1.2. Химический состав

Химический состав пищевых продуктов не только влияет на их питательную ценность, но и определяет их физические, химические и биологические свойства. В состав пищевых продуктов входят: вода, минеральные вещества, углеводы, азотистые вещества, липиды, ферменты, витамины, органические кислоты, дубильные, красящие, ароматические вещества, фитонциды и др. Все эти соединения играют весьма важную роль в физиологических процессах, происходящих в организме человека. Одни из них обладают питательными свойствами (углеводы, белки, жиры); другие придают продуктам определенный вкус, аромат окраску и поэтому воздействуют на нервную систему и органы пищеварения (органические кислоты, дубильные, красящие, ароматические вещества и др.); в состав некоторых продуктов входят фитонциды - вещества с бактерицидными свойствами.

По химическому составу пищевые вещества делятся на неорганические и органические. К неорганическим относятся вода и минеральные вещества, к органическим - жиры, углеводы, белки, ферменты, витамины и др.

Классификация химических веществ продовольственных товаров

Химические вещества продовольственных товаров

Классификационные признаки

Усвояемость

Химическая природа

Полезность

Происхождение

неорганические

усвояемые

питательные

природные

искусственные

синтетические

органические

балластные

неусвояемые

вредные

трудноусвояемые

Вода имеет большое значение для существования всех живых организмов. Она участвует в процессах кровообращения, дыхания, пищеварения и др. Вода содержится во всех пищевых продуктах независимо от их происхождения. От содержания воды зависят качество и стойкость при хранении и транспортировании продовольственных товаров. В продовольственных товарах вода находится в свободном и связанном состоянии.

Свободная вода - это вода, обладающая теми же свойствами, что и чистая вода. Она находится в виде мельчайших капель в клеточном соке и межклеточном пространстве. В ней растворены органические и минеральные вещества. Она легко удаляется при высушивании и замораживании. Плотность ее около единицы, температура замерзания - около 0°С. Свободная вода создает благоприятные условия для развития микроорганизмов и деятельности ферментов. Поэтому товары, содержащие много воды, являются скоропортящимися. Однако большая часть воды в продовольственных товарах находится в связанном состоянии и удерживается тканями с различной силой.

Связанная вода находится в микрокапиллярах, адсорбируется внутриклеточными системами и удерживается коллоидами белков и углеводов. Микроорганизмы ее усваивать не могут.

Для определения влажности пищевых продуктов используют различные методы: высушивание, рефрактометрический метод и т.д.

Минеральные вещества. Их иначе называют зольными элементами, так как они остаются в золе после сжигания продукта. Они имеют большое значение для жизнедеятельности человека. Они входят в состав тканей, участвуют в обмене веществ, в образовании ферментов и т.д.

По количественному содержанию в продуктах их делят на макроэлементы (содержание более 0,001%) и микроэлементов (менее 0,001%).

К макроэлементам относят кальций, фосфор, магний, сера, железо, калий, натрий и др.

Фосфор содержится в больших количествах в мясе, рыбе, яйце, сыре. Магний (в крупах, бобовых, орехах, рыбе). Железо (в мясе, печени, винограде, капусте, картофеле и др.).

К микроэлементам относят медь, йод, кобальт, марганец, фтор и др. Йод содержится (в морской рыбе, яйце, луке, хурме, салате). Медь, кобальт (в желтке яиц, мясе, рыбе, свекле, картофеле).

Потребность организма в микроэлементах и их содержание в продуктах ничтожно малы. Их избыток вызывает тяжелые отравления организма.

В природных растительных и животных продуктах найдены почти все зольные элементы, встречающиеся в земной коре. Суточная потребность взрослого человека в минеральных веществах составляет в среднем от 13,6 до 21,0 г.

Для жизнедеятельности организма очень важно правильное соотношение в пище кислых и щелочных соединений.

Углеводы. Это органические вещества, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Углеводы преобладают в пище человека и являются источником жизненной энергии. В зависимости от строения углеводы делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды - это простые сахара, состоящие из одной молекулы углевода, к ним относятся глюкоза, фруктоза, галактоза, моноза. В чистом виде моносахариды представляют собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Глюкоза (виноградный сахар) - самый распространенный вид: содержится в ягодах, плодах. Она хорошо усваивается организмом человека, не претерпевая никаких изменений в процессе пищеварения. Фруктоза или фруктовый сахар находится в плодах, овощах, меде, она очень гигроскопична. Сладость у нее в 2 раза выше, чем у глюкозы.

Дисахариды - это углеводы, состоящие из двух молекул моносахаридов, к ним относятся: сахароза, мальтоза и лактоза. Сахароза (свекольный сахар) входит в состав плодов и овощей, особенно много ее в свекле и сахарном тростнике. Представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, очень хорошо растворяемые в воде. Мальтоза (солодовый сахар) содержится в естественных пищевых продуктах в небольшом количестве. Лактоза (молочный сахар) находится в молоке и придает молоку сладковатый привкус. По сравнению с другими дисахаридами она менее сладкая.

Полисахариды - это высокомолекулярные вещества, к которым относится крахмал, клетчатка, гликоген, инулин. Крахмал - наиболее важный углевод для питания человека, составляет 80% из всех употребляемых углеводов человеком. Содержится во многих растительных продуктах, в зерне пшеницы, в рисе, в горохе, в картофеле. Крахмал не растворяется в воде. Клетчатка иначе называют целлюлозой, входит в состав оболочек растительных тканей. Она содержится в овощах, плодах, мучных изделиях низких сортов. Гликоген (животный крахмал) содержится в основном в печени и мышцах. Он растворим в воде. Инулин содержится в топинамбуре, в корнях цикория.

В организме человека при расщеплении 1 г. углеводов выделяется 4 ккал.

Белки. Представляют собой высокомолекулярные азотистые соединения. Белки являются незаменимой частью пищевых продуктов. Они необходимы для построения тканей тела и восстановления отмирающих клеток, образования ферментов, витаминов, гормонов и иммунных тел. Без белков невозможно существование живого организма. В белках постоянно встречаются 20 аминокислот, из которых 8 не образуются в организме и должны поступать с пищей, их называют незаменимыми. Дневная потребность в них составляет (г): триптофан - 1, лейцин - 4-6, изолейцин - 3-4, валин - 3-4, треонин - 2-3, лизин - 3-5, метионин - 2-4, фенилаланин - 2-4, другие аминокислоты могут заменяться или синтезироваться в организме.

Белки, содержащие все независимые аминокислоты, называют полноценными. Они содержатся в мясе, рыбе, молоке, яйцах.

Все белки по составу делятся на простые (протеины), при гидролизе которых образуются только аминокислоты и аммиак, и сложные (протеиды), при гидролизе которых образуются еще и небелковые вещества - глюкоза, липоиды, красящие вещества и др.

К протеинам относятся альбумины (молока, яиц, крови), глобулины, глютелины, проламины, склеротеины.

К протеинам относятся фосфоропротеиды, которые состоят из белка и фосфорной кислоты; хромопротеиды, представляющие собой соединение белка глобина и красящего вещества; глюкопротеиды, состоящие из простых белков и глюкозы; липопротеиды, входящие в состав протоплазм и хлорофиловых зерен; нуклепротеиды, содержащие нуклеиновую кислоту и играющие важную роль для организма в биологическом отношении.

По растворимости белки делятся на растворимые в воде и слабых растворов солей и нерастворимые. Растворимые белки при нагревании до 70-80°С свертываются (денатурируются).

Одним из важнейших свойств белков является их способность образовывать гели.

Под действием ферментов, кислот, щелочей происходит гидролиз белков до аминокислот.

Человеку требуется 80-100 г белков в сутки. При окислении 1 г белка в организме выделяется 16,7 кДж, или 4,0 ккал.

Жиры. По своей химической природе жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот.

Жирные кислоты по количеству атомов углерода разделяют на низкомолекулярные (до 9 атомов углерода) и высокомолекулярные. Низкомолекулярные жирные кислоты бывают только предельными (масляная, капроновая, каприновая, каприловая). Они растворимы в воде летучи с водяными парами, обладают специфическим (неприятным) запахом. Высокомолекулярные жирные кислоты делятся на предельные (стеариновая, пальмитиновая, миристиновая) и непредельные (олеиновая, линолевая, линоленовая и др.).

В углеродной цепи предельных жирных кислот все атомы углерода соединяются одинарными связями, а непредельные жирные кислоты имеют две, три и большее число двойных связей. По месту двойных связей к жирным кислотам при определенных условиях может присоединиться водород, в результате чего жирные кислоты превращаются в более насыщенные или даже предельные. Этот процесс называется гидрогенизацией. Гидрогенезированный жир (саломас) является основным сырьем для приготовления маргарина и кулинарных жиров.

Жиры имеют ряд общих свойств. Они легче воды, их плотность составляет 0,91-0,97. Жиры растворимы в органических растворителях (бензине, хлороформе).

Легче усваиваются те жиры, у которых температура плавления ниже или близка к температуре тела человека. Температура плавления жиров зависит от состава жирных кислот.

В бараньем и говяжьем жирах преобладают предельные жирные кислоты, а в свином жире содержится значительное количество ненасыщенных кислот. Температура плавления (°С): говяжьего жира - 43-51, бараньего - 44-54, свиного - 36-48. Усвояемость их соответственно (%): 80-94, 80-90 и 96-98.

В растительных жирах преобладают непредельные жирные кислоты, большинство из них имеют жидкую консистенцию. Они хорошо усваиваются организмом в холодном виде и поэтому широко используются в кулинарии для заправки холодных закусок.

Тугоплавкие жиры нужно употреблять только в горячем состоянии. Температура плавления жира всегда выше, чем температура застывания, поэтому в расплавленном состоянии в организме он не застывает и легче усваивается. Усвояемость жира повышается, если он находится в виде эмульсии. В таком состоянии жир находится в молоке, сливках, сметане, мороженом, масле коровьем, кисломолочных продуктах, маргарине. Для повышения усвояемости жиров в кулинарии приготовляют жировые эмульсии - майонез, заправки.

Эмульгирование жира происходит при варке бульонов. При длительном кипении под действием воды и высокой температуры происходит гидролиз жиров, т.е. расщепление его на глицерин и жирные кислоты.

Образующиеся свободные кислоты придают бульону мутность, неприятный вкус и запах. Гидролиз жира происходит на поверхности соприкосновения жира и воды. Чем меньше шарики жира, образующие эмульсию, тем больше поверхность соприкосновения жира и воды и выше скорость гидролиза. Поэтому бульоны нужно варить при умеренном нагреве, снимая с поверхности жир.

При неблагоприятных условиях хранения может происходить гидролиз жиров под действием кислот, щелочей, воды и ферментов.

Жиры в организме являются важным источником тепловой энергии. При окислении 1 г жира в организме выделяется 37,7 кДж (9,0 ккал). В сутки человеку необходимо 80-100 г жира, в том числе 20-25 г растительных жиров. Содержание жиров в продуктах различно (%): в масле сливочном - 82,5, в масле подсолнечном - 99,9 в молоке - 3,2, в мясе – 1,2-49, в рыбе - 0,2-33.

Людям пожилого возраста рекомендуется ограничивать употребление животных жиров, характеризующихся наличие большого количества холестерина.

Избыточное потребление продуктов с высоким содержанием холестерина (животные жиры, яичный желток, икра, печень) приводит к нарушению функций печени и камнеобразованию.

Ферменты. Это вещества белковой природы, ускоряющие химические реакции в живом организме. Их называют биологическими катализаторами.

Огромную роль ферменты играют в процессах питания и обмена веществ. Не менее важное значение они имеют для производства пищевых продуктов. Ферменты могут ускорять как полезные процессы, так и нежелательные, приводящие к порче продуктов.

Все ферменты делятся на шесть классов.

Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы в организме.

Трансферазы участвуют в промежуточном обмене веществ. Они катализируют перенос химических группировок от одного соединения к другому.

Гидролазы катализируют процессы расщепления сложных веществ с присоединением к ним воды.

Лиазы представляют собой ферменты, отщепляющие негидролитическим путем различные группы от веществ с образованием двойных связей или присоединяющие группы к двойным связям. Они играют большую роль в процессах обмена веществ.

Изомеразы катализируют внутримолекулярное перемещение различных групп, т.е. превращение изомерных групп друг в друга.

Лигазы (синтетазы) принимают участие в синтетических процессах.

Действие ферментов строго специфично. Активность ферментов огромна. Она во много раз превышает активность неорганических катализаторов.

Витамины. Представляют собой группу органических веществ различной химической структуры, синтезирующихся, как правило, в растениях. В животных организмах витамины почти не синтезируются и поступают в организм с пищей. При отсутствии витаминов наступают нарушения в процессах обмена веществ, ведущие к тяжелым заболеваниям.

В зависимости от свойств и характера распространения в природных продуктах витамины принято делить на водорастворимые и жирорастворимые. Содержание витаминов в продуктах выражают в миллиграммах на 100 г. продукта или миллиграм-процентах.

К жирорастворимым относят витамины A, D, Е, К.

Витамин А (аксерофтол, ретинол) содержится в жирах морских рыб, говяжье печени, желтке яиц, летнем сливочном масле. В растительных продуктах содержится провитамин А - каротин. Каротин под действием фермента каротиназы в организме человека превращается в витамин А. Каротином богаты морковь, абрикосы, шпинат, лек зеленый, томаты. Суточная потребность в витамине А составляет 1,5-2,5 мг. При его недостатке в организме приостанавливается рост, нарушается зрение (в сумерках и ночью), снижается устойчивость к инфекционным заболеваниям.

Витамин D (кальциферол) содержится в печени рыб, яичном желтке, сливочном масле, сыре. В организм человека он поступает в виде эргостерола, содержащегося во многих пищевых продуктах. Суточная потребность в витамине D составляет 0,025-0,01 мг. При недостатке в рационе питания, особенно у детей, наступает заболевание рахитом.

Витамин Е (токоферол) содержится в растительном масле, зародышах злаков, салате, стручках гороха. Недостаток его в организме вызывает расстройство нервной системы. Суточная потребность составляет 10-20 мг.

Витамин К способствует свертыванию крови. Он содержится в шпинате, капусте, печени и др. Суточная потребность составляет 2-3 мг.

К водорастворимым относят витамины: С, В₁, В₂, В₆, В₁₂, Н, Р, РР, U.

Витамин С (аскорбиновая кислота) в организме участвует в процессах тканевого дыхания и укрепления стенок кровеносных сосудов. При понижении его содержания в организме (гиповитаминоз) у человека нарушается деятельность нервной системы, он становится раздражительным чувственным к шуму, страдает бессонницей, его работоспособность снижается. При длительном недостатке витамина С в питании человек заболевает цингой.

Витамин С содержится (мг%): в картофеле - 10-20, капусте белокочанной - 50 и квашеной - 20, томатах - 25, яблоках - 13, лимонах - 40, черной смородине - 200, в сушеном шиповнике - 1200.

Витамин С легко разрушается под действием кислорода воздуха в щелочной среде, в присутствии ионов металлов (меди, железа), при высокой температуре. Его количество значительно уменьшается при хранении очищенных овощей в воде, варке. Суточная потребность в витамине С составляет 50-70 мг.

Витамин В₁ (тиамин, аневрин) содержится в пивных дрожжах, свинине, горохе, хлебе из обойной муки, в гречневой, овсяной, ячменной крупах, говядине. Отсутствие его в пище вызывает болезни бери-бери и полиневрит (воспаление нервных стволов), ведущие к параличам. Недостаток его в организме влечет нарушение сердечной деятельности, жирового, водного и углевого обменов. Суточная потребность в витамине В₁ составляет 1,5-2 мг.

Витамин В₂ (рибофлавин) содержится в печени, говядине, яичном желтке, молоке. При его недостатке в организме нарушается процесс окисления органических веществ, в результате чего ослабляется нервная система, приостанавливается рост, появляется светобоязнь и слезоточивость. Суточная потребность В₂ составляет 2-2,5 мг.

Витамин В₆ (адермин, пиридоксин) содержится в печени, мясе, рыбе, дрожжах, фасоли, горохе, пшенице. Его отсутствие в пище нарушает процессы превращения аминокислот и вызывает воспалительное поражение кожи. Суточная потребность в витамине В₆ составляет 2-3 мг.

Витамин В₁₂ (цианкобаломин) содержится в печени, почках, молочных продуктах, яичном желтке. Он участвует в процессе синтеза белков, способствует процессу образования красных кровяных шариков в костном мозгу. Отсутствие его в организме вызывает злокачественную анемию. Суточная потребность в витамине составляет В₁₂ 0,002-0,005 мг.

Витамин Н (биотин) находится во многих пищевых продуктах. Его отсутствие в организме вызывает воспаление кожи, выпадение волос, деформацию ногтей. Суточная потребность составляет 0,15-0,30 мг.

Витамин Р (цитрин) находится в растительных продуктах и сопутствует витамину С. В организме человека регулирует кровяное давление, предотвращает проницаемость и хрупкость кровеносных сосудов.

Витамин РР (никотиновая кислота) содержится в дрожжах, печени, мясе, пшенице, бобовых, картофеле, гречневой крупе. При недостатке заболевает пеллагрой (шершавая кожа), проявляющейся в воспалении кожи, нарушении деятельности желудочно-кишечного тракта и нервной системы. Суточная потребность в витамине РР составляет 15-25 мг.

Витамин U способствует заживлению язв желудка и двенадцатиперстной кишки. Содержится в соке свежей белокочанной капусты.

Прочие составные части. Кроме рассмотренных основных веществ пищевые продукты содержат и некоторые другие вещества: органические кислоты, эфирные масла, гликозиды, алкалоиды, дубильные красящие вещества, фитонциды.