Химия пищи и основы рационального питания. Пищевая химия. Лабораторный практикум

Массовая доля крахмала ωкр:

Контрольные вопросы

1.Дайте характеристику крахмала.

2.Какие моносахаридные фрагменты входят в состав крахмала?

3.Опишите строение крахмала.

4.Приведите основные источники крахмала.

5.Как протекает кислотный гидролиз крахмала?

6.Как протекает ферментативный гидролиз крахмала?

7.В каких технологиях используют продукты гидролиза крахмала?

8.Приведите качественную реакцию на крахмал.

9.Приведите области применения крахмала.

Лабораторная работа № 8

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СЫРЬЕ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ.

ПОЛУЧЕНИЕ МАЛЬТОЗЫ ИЗ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Мальтоза (от англ. malt – солод) – солодовый сахар, 4-О-α-D- глюкопиранозил-D-глюкоза, природный дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы; содержится в больших количествах в про- росших зернах ячменя, ржи и других зерновых; обнаружен также в томатах, пыльце и нектаре ряда растений (рис. 8.1).

61

различные катализаторы, можно остановить гидролиз на определенной промежуточной стадии. Ферменты солода доводят гидролиз до мальто- зы, а ферменты дрожжей гидролизуют последнюю до глюкозы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Цель работы: знакомство с физико-химическими свойствами и способом получения мальтозы из крахмала.

Лабораторная посуда, реактивы, оборудование: плоскодонная колба объемом 1000 мл; марля; блендер; фильтровальная бумага; хими- ческий стакан объемом 100 мл; фарфоровая ступка; круглодонная колба объемом 150–200 мл; фарфоровая чашка Ø = 10–12 мм; делительная воронка; водяная баня; шпатель; плитка электрическая; обратный холо- дильник; пробирка химическая (2 шт.); кристаллизатор объемом 500 мл; картофель 250 г; солод ячменный 3–5 г; раствор иода 1 %; спирт этиловый 96 %; раствор Феллинга; уголь активированный.

Порядок проведения работы [5]

1.Выделение крахмала из картофеля. Картофель нарезают на

6–8 частей и помещают в блендер для измельчения, добавив в ем- кость 100–150 мл водопроводной воды. Измельченную массу перено- сят в двойной слой марли, опускают в большой стакан или кристал- лизатор с водопроводной водой, интенсивно прополаскивают, отжи- мают и снова размачивают. В результате крахмал собирается на дне стакана, а клеточные стенки остаются в марле. Для более полной очи- стки крахмал промывают декантацией несколькими порциями холод- ной воды, переносят на фильтр и просушивают его фильтровальной бумагой. Выход крахмала составляет приблизительно 10 % от массы картофеля.

2.Гидролиз крахмала и выделение мальтозы. Навеску солода массой 2,5–3 г растирают в фарфоровой ступке, переносят в фарфо- ровую чашку, добавляют цилиндром 25 мл дистиллированной воды, помещают на водяную баню и настаивают 30 мин при температуре

63

30–40 °С. Полученную вытяжку отфильтровывают и используют для дальнейшего осахаривания крахмала. Затем в плоскодонную колбу вместимостью 500 мл помещают 175 мл водопроводной во- ды, ставят на электроплитку и нагревают до кипения. Одновремен- но с этим готовят водную суспензию крахмала в воде. Для этого 25 г полученного крахмала взвешивают в химическом стакане вмести- мостью 100 мл, добавляют цилиндром 25 мл холодной дистиллиро- ванной воды, перемешивают. Полученную суспензию вливают при перемешивании тонкой струей в колбу с кипящей водой. Получен- ную смесь помещают на водяную баню и выдерживают в течение 30 мин при температуре 70–80 °С для получения хорошо проварен- ного крахмального клейстера. После этого клейстер охлаждают до температуры 55 °С, добавляют водную солодовую вытяжку и хо- рошо перемешивают шпателем. Клейстер выдерживают на водяной бане при температуре 60–65 °С в течение 40 мин, а затем повышают температуру до 70–78 °С. Важно помнить, что температура вытяж- ки не должна превышать 78 °С, так как в этом случае происходит полная инактивация ферментов амилаз. Реакция считается окон- ченной, если проба с раствором йода не дает окраски. Для проверки полноты осахаривания на часовое стекло глазной пипеткой поме- щают 1 каплю раствора йода, разбавляют водой до светло-желтой окраски и добавляют 5 капель крахмального клейстера. При нали- чии негидролизованного крахмала раствор приобретает светло- синюю окраску. По окончании реакции осахаривания раствор клей- стера отфильтровывают и упаривают на водяной бане до 40–50 мл. К полученному остатку приливают 60 мл 96%-ного этилового спир- та, хорошо перемешивают и оставляют на ночь в делительной во- ронке. На дне воронки отделяются декстрины в виде вязкой жидко- сти, которую аккуратно сливают через кран.

Затем спиртовой раствор упаривают под вакуумом до сиропа, пе- реносят в круглодонную колбу вместимостью 150–200 мл, приливают

64

50 мл этилового спирта и кипятят с обратным холодильником в тече- ние 15–20 мин. Остывшую спиртовую смесь выливают в делитель- ную воронку, отделяют нерастворившийся слой, сливая его через кран, и оставляют на ночь.

Далее раствор переносят в круглодонную колбу вместимостью 250 мл, добавляют 30 мг активированного угля и кипятят с обратным холодильником 15–20 мин. После этого раствор фильтруют, а уголь промывают 8–10 мл этилового спирта. Полученный осветленный рас- твор оставляют на воздухе кристаллизоваться, добавив несколько кристалликов мальтозы в качестве затравки.

Выпавшие кристаллы мальтозы очищают повторной кристалли- зацией из 85%-ного этилового спирта. Таким образом получают чис- тую мальтозу в виде порошка или бесцветных кристалликов.

3. Качественная реакция на мальтозу. Качественной реакцией на мальтозу является восстановление реактива Феллинга. Небольшую навеску полученной мальтозы помещают в пробирку и растворяют в 1 мл дистиллированной воды. К полученному раствору приливают 1 мл раствора Феллинга и кипятят в течение 2–3 мин. Оранжево- красный осадок оксида меди (I) указывает на присутствие редуци- рующих сахаров.

Контрольные вопросы

1.К какой группе химических соединений относится крахмал?

2.Опишите процесс гидролиза крахмала под действием ферментов орга- низма человека.

3.Каким методом получают мальтозу в промышленности?

4.К каким последствиям приводит непереносимость организмом человека мальтозы?

5.Взаимодействием с какими соединениями характеризуется качественная реакция на мальтозу?

6.Опишите область применения крахмала и мальтозы в промышленности.

7.Опишите физико-химические свойства мальтозы.

65

Лабораторная работа № 9

БЕЗОПАСНОСТЬ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НИТРАТОВ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Нитраты – соли азотной кислоты, например NaNO3, KNO3, NH4NO3, Mg(NO3)2. Они являются нормальными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма – растительного и живот- ного, поэтому «безнитратных» продуктов в природе не бывает. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов. Из нитратов, ежедневно попадаю- щих в организм взрослого человека, 70 % поступает с овощами, 20 % − с водой и 6 % − с мясом и консервированными продуктами.

Интенсификация производства овощей приводит к применению азотистых удобрений. Это влечет за собой повышение содержания в сырье и, следовательно, в продуктах питания нитратов, которые мо- гут восстанавливаться в нитриты в верхних отделах пищеварительно- го тракта и оказывать вредное влияние на организм человека. На кон- центрацию нитратов в растениях влияет количество света, сроки уборки урожая. Так, увеличение продолжительности вегетации в ве- сенний период обуславливает снижение содержания нитратов в ово- щах. В молодых растениях нитратов на 50–70 % больше, чем в зре- лых. При хранении овощей может происходить микробиологическое восстановление нитратов под действием ферментов нитратредуктаз. Поэтому для продуктов, содержащих нитраты, опасны высокие тем- пературы в течение длительного времени.

При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищева- рительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), а последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию. Кроме того, из нитритов в присутствии

66

аминов могут образоваться N-нитрозамины, обладающие канцеро- генной активностью (способствуют образованию раковых опухолей):

В зависимости от природы радикала могут образоваться весьма разнообразные нитрозамины, из них канцерогенным действием обла- дают более 100 соединений. Наиболее часто в пищевых продуктах об- наруживаются нитрозодиметиламин и нитрозодиэтиламин. Больше всего нитрозаминов встречается в копченых мясных изделиях, колба- сах, приготовленных с добавлением нитритов, − до 80 мкг/кг, в соле- ной и копченой рыбе − до 110 мкг/кг. В свежем мясе и рыбе нитроза- мины не обнаруживаются или находятся в следовых количествах − менее 1 мкг/кг. Из молочных продуктов нитрозамины обнаружены главным образом в сырах, прошедших фазу ферментации (до 10 мкг/кг). Из растительных продуктов нитрозамины обнаруживаются в основном в солено-маринованных изделиях, а из напитков − в пиве, где суммарное содержание их может достигать 12 мкг/л.

При приеме высоких доз нитратов с питьевой водой или продук- тами через 4–6 ч появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов и слизистых, понос. Сопровождается все это общей слабо- стью, головокружением, болями в затылочной области, сердцебиени- ем. Установлено, что нитраты могут угнетать активность иммунной системы организма, снижать устойчивость организма к отрицатель- ному воздействию факторов окружающей среды. Нитраты и нитриты также способны изменять активность обменных процессов в орга- низме. Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг. Как известно, в питьевой воде допускается при- сутствие нитратов до 45 мг/л. Рекомендуемое потребление продуктов питания, в которых используется питьевая вода (чай, первые и третьи блюда), – примерно 1,0–1,5 л, максимум 2,0 л в день. Таким образом, с водой взрослый человек может употребить около 68 мг нитратов.

67

Следовательно, на пищевые продукты остается 257 мг нитратов. Ис- следования показали, что токсическое действие нитратов пищевых продуктов проявляется слабее, чем содержащихся в питьевой воде, примерно в 1,25 раза. Фактически безопасно с пищевыми продуктами потреблять 320 мг нитратов в сутки.

В животных продуктах (мясо, молоко) содержание нитратов весьма незначительно. Максимальное накопление нитратов происхо- дит в период наибольшей активности растений при созревании пло- дов. Чаще всего максимальное содержание нитратов в растениях бы- вает перед началом уборки урожая. Поэтому недозрелые овощи (ка- бачки, баклажаны) и картофель, а также овощи раннего созревания могут содержать нитратов больше, чем достигшие нормальной убо- рочной зрелости. Кроме того, содержание нитратов в овощах может резко увеличиться при неправильном применении азотистых удобре- ний (не только минеральных, но и органических). Например, при вне- сении их незадолго до уборки.

Однако у различных растений есть и свои индивидуальные осо- бенности. Известны «накопители» нитратов. К ним относятся зеле- ные овощи: салат, ревень, петрушка, шпинат, щавель, которые могут накапливать до 200–300 мг нитратов в 100 г зелени. Свекла может на- капливать до 140 мг нитратов (это предельно допустимая концентра- ция), а некоторые сорта и больше. А вот в других овощах нитратов значительно меньше. Фрукты, ягоды и бахчевые содержат нитратов очень мало (меньше 10 мг в 100 г плода). В растениях нитраты рас- пределены неравномерно. В капусте, например, нитраты больше все- го накапливаются в кочерыжке, в огурцах и редисе – в поверхност- ных слоях, в моркови − наоборот. В среднем при мойке и зачистке овощей и картофеля теряется 10–15 % нитратов. Еще больше − при тепловой кулинарной обработке, особенно при варке, когда теряется от 40 % (свекла) до 70 % (капуста, морковь) или 80 % (картофель) нитратов. Поскольку нитраты химически довольно активные соеди- нения, то при хранении овощей их содержание уменьшается за не- сколько месяцев на 30–50 %. В табл. 9.1 приведены предельно допус- тимые концентрации нитратов в продуктах растениеводства.

68

Таблица 9.1

Предельно допустимые концентрации нитратов в продуктах растениеводства

Рассмотрим основные источники нитратов. Начнем с зеленых овощей (салат, петрушка, укроп и т. д.). Их потребление практически редко превышает 100 г в день, а чаще всего около 50 г, т. е. с одной порцией можно получить менее трети от безопасной суточной дозы (выше отмечалось, что с учетом биоэквивалента безопасная доля нитратов в пищевых продуктах составляет около 320 мг). Теперь пе- рейдем к свекле. Ее, как известно, потребляют только в отваренном виде. Поскольку при варке (40 %) и зачистке (10 %) теряется полови- на нитратов, а общественное питание рекомендует порцию отварен- ной свеклы в 125 г, то со свеклой мы можем получить 100 мг нитра- тов (меньше трети суточной дозы). Картофель и капуста в отварен- ном виде потребляются порциями по 300 г. С учетом потерь при за- чистке и кулинарной обработке с одной порцией этих продуктов мы можем потребить около 60 мг нитратов. Аналогичные расчеты были сделаны и по остальным овощам и другим кулинарным обработкам. Оказывается, при обычном рациональном потреблении овощей

69

в свежем или кулинарно обработанном виде мы с пищевыми продук- тами практически никогда не сможем превысить безопасную суточ- ную дозу нитратов. Тем более что в соответствии с рекомендациями по рациональному питанию не следует постоянно питаться одними и теми же продуктами, например картофелем или капустой.

Действительно, если обратиться к рекомендуемому рациональ- ному среднему суточному набору продуктов, то картофеля следует потреблять 265 г (в расчете на покупной продукт), овощей и бахче- вых − 450 г (включая 100 г капусты). Такой рацион может дать нам максимум 200 мг нитратов. Практически же, как показали расчеты, среднесуточное потребление нитратов с основными корнеплодами, овощами, бахчевыми и фруктами с учетом данных фактического пи- тания и фактического содержания нитратов в пище не превышает 100 мг. При этом примерно треть нитратов попадает со свеклой, чуть меньше − с капустой и картофелем, на остальные овощи и фрукты приходится менее 10 %. Если же нарушать принципы рационального питания, например питаться одними овощами, да еще сырыми (как рекомендуют некоторые поклонники вегетарианства и сыроедения, съедать до 1,5 кг сырых овощей в день), то в данном случае действи- тельно можно превысить безопасную дозу нитратов почти в два раза (более 650 мг в сутки). Для дополнительной безопасности нелишне вспомнить второй принцип рационального питания, предусматри- вающий необходимость разнообразия пищи. Поэтому не рекоменду- ется постоянно потреблять, да еще три раза в день, один и тот же овощ. Ограничивать же использование овощей и фруктов в питании из-за опасности нитратного отравления не следует, это лишит нас не- обходимых витаминов. За содержанием нитратов установлен строгий контроль в местах производства овощей и на торговых базах.

Оценку качества продукции проводят в соответствии с допусти- мыми уровнями содержания нитратов в растительных продуктах. До- пустимые отклонения от ПДК при содержании нитратов до 100 мг/кг − 20 %, свыше 100 мг/кг − 24 %.

70