Хімічний склад харчових продуктів

Людина здатна рухатися, працювати і взагалі жити лише за умови приймання їжі. Людина споживає різноманітні про­дукти, які відрізняються хімічним складом, а отже, споживною цінністю і властивостями.

Найбільше значення у складі харчо­вих продуктів мають вода, вуглеводи, білки, жири, ферменти, мінеральні елементи, вітаміни, дубильні, барвні, ароматичні ре­човини, органічні кислоти та ін. Всі ці речовини відіграють дуже важливу роль у фізіологічних процесах, які відбуваються в організмі людини. Одні з них мають енергетичну цінність (жири, вуглеводи, білки), інші - надають продуктам певного смаку, аромату, забарвлення, так чи інакше діють на нервову систему та органи травлення (органічні кислоти, дубильні, ароматичні, барвні речовини); деякі мають бактерицидні властивості (фітон­циди).

Споживаючи різноманітну їжу, людина одержує певну кількість речовин, які необхідні їй для загального перебігу жит­тєвих процесів.

Харчові продукти тваринного і рослинного походження дуже різноманітні, але всі вони складаються з одних і тих же речовин, тільки в різному кількісному співвідношенні. Так, наприклад, соняшникова олія, яловичий жир містять в основному жири; м'ясо, сири, яйця багаті на білки; свіжі овочі та плоди містять вуглеводи, а також є для людини джерелом вітамінів та міне­ральних елементів.

Для повного уявлення про споживні властивості і харчову цінність продуктів, їхню технологічність і здатність до зберіган­ня необхідно знати не тільки кількісний вміст різних хімічних речовин, а й розподіл цих речовин у продукті, фізико-хімічний склад і можливі зміни при переробці, перевезенні і зберіганні.

За складом і властивостями речовини, з яких складають­ся продукти, поділяють на дві групи: неорганічні й органічні. До неорганічних речовин належать вода та мінеральні елемен­ти, до органічних - вуглеводи, білкові речовини, жири, вітам­іни, ароматичні, барвні речовини тощо.

1 Неорганічні речовини харчових продуктів

ВОДА

Вода має надзвичайно велике значення для всіх живих організмів. В організмі людини і тварин в середньо­му міститься 75-80% води. Процес старіння організму супро­воджується зниженням кількості води, принаймні гідратаційної, що призводить до зморщування організмів. Без води не можуть проходити хімічні реакції, відбуватися обмін речовин і підтри­муватися певний фізичний стан тканин організму. Харчові ре­човини засвоюються організмом тільки за наявності води. Живі організми втрачають воду, коли дихають через пори шкіри, з різними виділеннями, втрата 20% води може викликати смерть живого організму. Втрати поповнюються питтям і харчуван­ням.

Кількість води в харчових продуктах різна: у плодах і ово­чах 70-90%, у борошні та крупах 12-15, у рибі 20-64, у цукрі 1-4%.

За кількістю води харчові продукти дуже розрізняються між собою.

Таблиця 1

Вміст води у деяких харчових продуктах, %

Продукт	Кількість води	Продукт	Кількість води
Огірки	95-97	Яловичина	65-69
Капуста білоголова	86-90	Свинина	51-54
Цибуля ріпчаста	83-86	Ковбаси варені	60-68
Буряк	84-86	Ковбаси напівкопчені	40-52
Картопля	76-80	Хліб пшеничний	40-44
Яблука	83-87	Борошно пшеничне	13-15
Абрикоси	82-86	Цукор	0,15-0,30
Виноград	78-81	Рослинні олії	0,15-0,30

Вода є важливим середовищем, в якому проходять усі життєві процеси. Вона, як добрий розчинник, бере участь у багатьох хімічних та біохімічних реакціях (окиснення, гідролі­зу, дифузії та ін.). Вода бере участь в регулюванні темпе­ратури тіла, а у зв'язку з тим, що в присутності води набуха­ють колоїди, вона має велике значення при побудові тканинних структур.

Потреба дорослої людини у воді становить 2,5-3,0 л на добу, при великих фізичних навантаженнях або при високій температурі навколишнього середовища потреба у воді збільшується до 3,5-5 л і навіть більше. Нестача води в організмі призводить до згущення крові, а надмірність води - до вимивання солей з організму, збільшення навантаження на серце і нирки. Втрата до 10 л води викликає втрату свідомості, серце не може прокачати по кровоносних судинах загуслу кров.

І досі немає єдиної думки з питань структури води; не з'ясовано до кінця закономірності її взаємодії з іншими речовинами. Часто воду розглядають як інертну речовину. Але вода яв­ляє собою сполуку, яка за реакційною здатністю, складом та властивостями дуже відрізняється від більшості рідин.

Відома усім формула Н₂О може стосуватися лише водяної пари при високій температурі. У рідкому стані вода складається із складних молекул і являє собою полімер. Молекули води з'єднуються між собою внаслідок утворення водневих зв'язків. Водневий зв'язок утворюється через взаємодію позитивного атома водню однієї молекули води з негативним атомом кисню другої молекули води.

О…….Н Н О….…Н Н

…Н Н О.......Н Н О…

Водневі зв'язки у самій молекулі води міцніші, ніж з кис­нем сусідньої молекули. Але сили цих зв'язків досить для того, щоб кожна молекула води змогла притягнути й утримати до чотирьох інших молекул води. Найбільшу стійкість мають по­двоєні молекули води.

При підвищенні температури міцність водневих зв'язків зменшується, кількість асоційованих молекул падає, і разом з цим зменшується густина води.

Вода має ряд специфічних фізич­них властивостей. При нагріванні від 0 до 4°С її об'єм не збільшується, а зменшується, і максимальної густини вона дося­гає при 3,98°С. При замерзанні об'єм води збільшується, а не зменшується, як об'єми усіх інших тіл. Лід легший за воду, його густина 0,92 г/см². Вода може підніматися високо по тонких капілярах, прилипати до поверхні багатьох тіл.

Харчові продукти являють собою багатокомпонентні сис­теми. Майже вся вода, що входить до складу продуктів, перебу­ває у зв'язаному стані, але утримується сухими речовинами з різною силою. Академік П. О. Ребіндер запропонував класифі­кацію форм зв'язку води із сухим матеріалом продуктів. В основу цієї класифікації він поклав природу створення різних форм зв'язку та енергію зв'язку. За твердженнями академіка П. О. Ребіндера, зв'язок води з матеріалом визначається енер­гією, яку треба витратити на порушення цього зв'язку при виді­ленні вологи з матеріалу. За цією класифікацією форми зв'язку води з матеріалом поділяються на три групи: хімічну, фізико-хімічну та фізико-механічну.

Хімічно зв'язана вода може входити до складу харчових продуктів у вигляді іонів, або кристалогідратів.

Кристалізаційна вода - це та вода, яка утримується пев­ними речовинами, коли вони виділяються з водного розчину у формі кристалів. Наприклад, молекула глюкози виділяється з двома молекулами води (С₆Н₁₂О_{6 *} 2Н₂О), молекула лимонної кис­лоти з однією молекулою води (С₆Н₈О_7*Н₂О). Кристалізаційна вода легко виділяється при звичайному нагріванні.

Вода, яка зв'язується з матеріалом у вигляді іонів, утри­мується найбільш міцно, бо входить у структуру речовини. Та­кий зв'язок води виникає у процесі гідролізу складних речовин, виділити таку воду можна тільки при порушенні структури речо­вини.

Фізнко-хімічно зв'язана вода поділяється на адсорбцій­но- і осмотично-зв'язану.

Адсорбційно-зв'язана вода утримується силовим полем на зовнішній і внутрішній поверхні міцел колоїдного тіла. Ко­лоїдні матеріали характеризуються великою дисперсністю, внаслідок чого вони мають велику внутрішню поверхню і вільну поверхневу енергію, завдяки якій виникає адсорбційний зв'я­зок вологи. При цьому має місце стиснення об'єму, коли об'єм набухлого тіла стає меншим суми об'ємів матеріалу і води.

Осмотично-зв'язана вода зв'язується колоїдами харчових продуктів, які мають складну будову і велику молекулярну масу. При утворенні гелю частина води захоплюється внутрішнім об'ємом скелета гелю, а друга частина потрапляє туди внаслідок осмосу, тому що в клітинах гелю концентрація розчиненої фракції речовин більша, ніж зовні.

Харчові продукти, що мають переважно фізико-хімічно зв'я­зану воду, як правило, сухі на дотик і добре зберігаються (бо­рошно, крупи, крохмаль).

Фізико-механічно зв'язана вода представлена водою в мікро- та макрокапілярах, а також міжклітинною вологою. Макрокапіляри мають середній радіус більш ніж 10⁵ см, а мікрокапіляри мають середній радіус менш ніж 10⁵ см. Капілярну воду можна вважати вільною, але вона за своїми властивостями відрізняється від вільної води, бо в ній розчинені різні речовини.

Кількість води і форми її зв'язку із сухим матеріалом про­дукту істотно впливають на якість і здатність до зберігання про­довольчих товарів.

Продукти, які у своєму складі мають велику кількість фізи­ко-механічно зв'язаної води, вологі на дотик і мають невеликі терміни зберігання.

Важливим показником якості продовольчих товарів є во­логість. Для більшості продовольчих товарів вологість регла­ментується діючими стандартами. Зниження або збільшення вологості продукту проти встановленої норми призводить до погіршення якості продукту.

Але показником, який забезпечує стійкість харчових про­дуктів при зберіганні, є не абсолютна їхня вологість, а активність води (Aw), що характеризує доступність продуктів для впливу зовнішньої атмосфери.

Активність води визначається як відношення тиску водя­ної пари над харчовим продуктом (Р) до тиску водяної пари над чистою водою (Р₀) при однаковій температурі:

Aw = P/P₀.

Активність води пов'язана із загальною кількістю її у про­дукті та формами зв'язку води із сухими речовинами.

Таблиця 2