Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия пищевых продуктов и их метаболизм. Учебно-методическое пособие
.pdf
Наиболее превалирующая гемицеллюлоза в пищевых продуктах - ксилан. Этот полимер состоит в основном из (1-4)-β-Dксило-пиранозильных единиц, часто содержит β-L-арабинофуранозильные боковые цепи от третьей позиции нескольких Dксилозных колец. Другие типичные составляющие - метиловые
эфиры D-глюкуроновой кислоты, D- и L-галактоза, ацетильные
эфирные группы.
1.3.3. Процессы брожения
Брожение - важный процесс, в котором участвуют углеводы, используется в ряде пищевых технологий; в процессе тестоприготовления при производстве хлеба; в производстве пива,
кваса, спирта, вина и др.
Одним из важнейших является спиртовое брожение.
Спиртовое брожение осуществляется благодаря жизнедеятельности ряда микроорганизмов. Наиболее типичными организмами спиртового брожения являются дрожжи рода
Saccharomyces. Суммарно спиртовое брожение может быть выражено уравнением
С 6 Н
12 О 6
2 СО 2 + 2 С 2Н 5 ОН
гексоза анаэробное
брожение
Это суммарное уравнение не отражает того факта, что
обычно кроме главных продуктов брожения - этилового спирта
и углекислого газа - образуются также некоторые другие вещества. Например, при спиртовом брожении в незначительном
количестве всегда образуются янтарная кислота, лимонная кислота, а также смесь амилового, изоамилового, бутилового и
других спиртов, уксусная кислота, дикетоны, уксусный альдегид, глицерин и ряд других соединений, от наличия ничтожных
количеств которых зависит специфический аромат вина, пива и
других спиртных напитков.
Разные сахара сбраживаются с различной скоростью.
Наиболее легко подвергаются сбраживанию глюкоза и фруктоза, медленнее - манноза и еще медленнее - галактоза; пентозы
дрожжами не сбраживаются. Из дисахаридов хорошим субстратом спиртового брожения являются сахароза и мальтоза.
51
В присутствии кислорода спиртовое брожение прекращается и дрожжи получают энергию, необходимую для их развития и жизнедеятельности путем кислородного дыхания. При
этом дрожжи тратят сахар значительно экономнее, чем в анаэробных условиях. Прекращение брожения под влиянием кислорода получило название «эффекта Пастера».
Другой вид брожения, важный для пищевых технологий, это молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении
из одной молекулы гексозы образуются две молекулы молочной кислоты:
С6 Н
12 О6
2СН3 – СНОН – СООН.
анаэробные
условия
Молочнокислое брожение играет очень большую роль при
производстве молочнокислых продуктов (простокваши, ацидофилина, кефира, кумыса), при приготовлении кваса, хлебных
заквасок и «жидких дрожжей» для хлебопечения, при квашении капусты, огурцов, при силосовании кормов. Все микроорганизмы, вызывающие молочнокислое брожение, разделяются
на две большие группы.
К первой группе принадлежат микроорганизмы, подобные
Streptococcus lactis, являющиеся истинными анаэробами и
сбраживающие гексозы в точном соответствии с вышеприведенным суммарным уравнением молочнокислого брожения. Их
называют гомоферментативными молочнокислыми бактериями.
Вторую группу образуют гетероферментативные молочнокислые бактерии, которые кроме молочной кислоты образуют значительные количества других продуктов, в частности уксусной кислоты и этилового спирта. Характерным представителем второй группы молочнокислых бактерий является
Bacterium lactis aerogenes, образующий молочную кислоту, уксусную кислоту, этиловый спирт, углекислый газ, водород и
метан. В частности, заметное содержание молочной и уксусной
кислот в ржаном тесте и ржаном хлебе объясняется тем, что
при брожении ржаного теста, наряду со спиртовым брожением,
52
происходит также молочнокислое брожение, при котором накапливаются как молочная, так и уксусная кислоты.
Таким образом, все углеводы, независимо от того, простые они или сложные, имеют большое значение не только как
усваиваемые или не усваиваемые человеком вещества, но и в
отношении их важной роли в пищевых продуктах и в пищевых
технологиях. Углеводы, особенно крахмал и сахароза, обеспечивают основную часть калорийности рациона, оказывают
влияние на вязкость, кристаллизацию, гелеобразование пищевых продуктов. Углеводы являются главным сырьем для биохимических и микробиологических процессов, позволяющих
получать разнообразные продукты питания.
1.4. Липиды (жиры и масла)
1.4.1. Строение и состав липидов
Липидами (от греческого слова lipos - жир) называют
сложную смесь органических соединений с близкими физикохимическими свойствами, которые содержатся в растениях,
животных или микроорганизмах. Они нерастворимы в воде
(гидрофобны) и хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.) По своей
химической природе они являются биологически активными
производными высших жирных кислот, спиртов, альдегидов и
т.д. Липиды широко распространены в природе и вместе с белками и углеводами составляют основную массу органических
веществ всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки. Они широко применяются для получения многих продуктов питания, являются важными компонентами пищи, пищевого сырья, полупродуктов и готовых продуктов, во многом определяя пищевую ценность, биологическую
полноценность и вкусовое достоинство последних.
В растениях липиды накапливаются главным образом, в
семенах и плодах (табл. 4). У животных и рыб липиды концентрируются в подкожных тканях и тканях, окружающих важные
органы (сердце, почки), а также в мозговой и нервной тканях.
Содержание липидов в тушке рыб (осетров) может достигать
20-25%, сельди - 10%, у наземных животных оно сильно колеб-
53
лется: 33% (свинина), 9,8% (говядина), 3,0% (поросята). В молоке оленя - 17-18, козы - 5,0, коровы -3,5 -4,0% липидов. Содержание липидов у отдельных видов микроорганизмов может
достигать 60%. Содержание липидов зависит не только от генетических особенностей растений, но и от сорта, места и условий их произрастания, у животных - от вида, корма и т.д.
По своему составу липиды часто делят на две большие
группы: простые и сложные липиды. К простым нейтральным
липидам (их молекула не содержит атомов азота, фосфора, серы) относят, в первую очередь, производные высших жирных
кислот и спиртов: глицеролипиды, воски, эфиры холестерина,
гликолипиды и другие соединения.
Таблица 4. Содержание липидов в семенах и плодах растений
Культура
Подсолнечник
(семянка)
Хлопчатник (семена)
Соя (семена) 15 – 25 Кукуруза (зерновка) 5,6
Лен (семена) 30 – 48 Рис (зерновка) 2,9
Арахис (ядро) 50 – 61 Овес (зерновка) 7,2
Маслины (мякоть) 28 – 50 Просо (зерновка) 4,5
Конопля (семена) 32 – 38 Гречиха (зерновка) 3,8
Тунг (ядро плода) 48 – 66 Арбуз (семена) 14 – 45
Рапс (семена) 45 – 48 Какао (бобы) 49 – 57
Горчица (семена) 25 – 49
Клещевина (семена)
Содержание
Культура
липидов, %
30 - 58 Пшеница (зерновка) 2,7
20 - 29 Рожь (зерновка) 2,5
Кокосовая пальма
(копра)
35 - 59 Кедр (ядро ореха) 26 - 28
Содержание
липидов, %
65 – 72
Наиболее важная и распространенная группа простых нейтральных липидов - ацилглицерины. Ацилглицерины (глицериды) - это сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных
карбоновых кислот. Они составляют основную массу липидов
(иногда до 95-96%) и, по существу, именно их называют жирами или маслами. В состав жиров входят главным образом триацилглицерины (I), но присутствуют ди- (II) и моноацилглицерины (III):
54
Чистые ацилглицерины представляют собой бесцветные
вещества без вкуса и запаха.
Температура плавления триацилглицеринов, содержащих
остатки транс-ненасыщенных кислот, выше, чем у ацилглицеринов, содержащих остатки цис-ненасыщенных кислот с тем
же числом атомов углерода.
Разница в температурах плавления глицеридов разного
состава лежит в основе демаргаринизации - выделения из смеси
наиболее высокоплавкой фракции глицеридов (получение
хлопкового пальмитина).
Другой важной группой простых липидов являются воски.
Восками называют сложные эфиры высокомолекулярных одноосновных карбоновых кислот (С
0
18
- С
0
) и одноатомных
30
(содержащих одну группу ОН) высокомолекулярных (с 18-30
атомами углерода) спиртов:
где R, R1 - углеводородные радикалы.
55
56
Воски широко распространены в природе. В растениях
они покрывают тонким слоем листья, стебли, плоды, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание их в зерне и плодах невелико. В оболочках
семян подсолнечника содержится до 0,2% восков от массы
оболочки, в семенах сои - 0,01, риса - 0,05%. Воски - важный
компонент воскового налета виноградной ягоды - прюина.
Молекулы сложных липидов содержат в своем составе не
только остатки высокомолекулярных карбоновых кислот, но и
фосфорную или серную кислоты. Важнейшими их представителями являются фосфолипиды. Молекулы фосфолипидов построены из остатков спиртов (глицерина, сфингозина), жирных
кислот, фосфорной кислоты (Н3РО4), а также содержат азотистые
основания (чаще всего холин -
или этаноламин - НО-СН2СН2NН2) , остатки аминокислот
и некоторых других соединений. Общая формула глицерофосфолипидов (фосфатидов) имеет следующий вид:
— СН2-СН2-N+(СН3)3; — СН2-СН2-N+Н3 :
— СН2-СН—NН2;
СООН.
В молекуле фосфолипидов имеются заместители двух типов: гидрофильные и гидрофобные. В качестве гидрофильных
(полярных) группировок выступают остатки фосфорной кислоты и азотистого основания («голова»), а гидрофобных (неполярных) - углеводородные радикалы («хвосты»). Пространст-
57
венная структура фосфолипидов представлена на рис.2. Фосфолипиды - обязательный компонент растений (табл. 6).
Состав жирных кислот фосфолипидов и ацилглицеринов,
выделенных из одного и того же сырья, неидентичен. Так, в
высокоэруковых сортах рапсового масла содержится около
60%, в фосфолипидах - 11-12% эруковой кислоты. Подавляющее количество фосфолипидов имеет в своем составе остатки
одной насыщенной (обычно в положении 1) и одной ненасыщенной (в положении 2) кислот. Несмотря на рассмотренное
выше структурное многообразие, молекулы большинства липидов построены по общему принципу. В их состав входят, с
одной стороны, длинные - гидрофобные («боящиеся воды»),
отличающиеся низким сродством к воде (липофильные) углеводородные остатки, с другой - гидрофильные («любящие воду») группы. Они получили название «полярных головок».
Гидрофильная
полярная головка
Соединительное
звено
Гидрофобные
хвосты
Рис. 2. Пространственная структура фосфолипидов
58
Таблица 6
Содержание фосфолипидов в различных культурах
Культура
Содержание
Культура
фосфолипидов, %
Содержание
фосфолипидов, %
Соя 1,8 Лен 0,6
Хлопчатник 1,7 Пшеница
Подсолнечник
1,7 Рожь 0,6
Клещевина 0,3 Кукуруза
0,54
0,9
Фосфолипиды вместе с белками и углеводами участвуют в
построении мембран клеток и субклеточных структур (органелл), выполняя роль несущих конструкций мембран, регулируют поступление в клетку и ее структуры разнообразных соединений.
По их функциям в организме липиды делят на две группы
- запасные (резервные) и структурные (цитоплазматические).
Запасные липиды, в основном жиры (ацилглицерины), обладая высокой калорийностью, являются энергетическим и
строительным резервом организма, который используется им
при недо-статке питания и заболеваниях. Высокая калорийность жира позволяет организму в экстремальных ситуациях
существовать за счет его запасов («жировых депо») в течение
нескольких недель. Запасные липиды являются защитными веществами, помогающими растению переносить неблагоприятное воздействие внешней среды, например низкие температуры. Запасные липиды животных и рыб, концентрируясь в подкожной жировой ткани, защищают организм от травм. Воски,
которые выполняют защитные функции, также могут быть условно отнесены к защитным липидам. Запасные липиды у
большинства растений и животных являются основной по массе группой липидов (иногда до 95-96%) и относительно легко
извлекаются из жиросодержащего материала («свободные липиды»).
Структурные липиды (в первую очередь, фосфолипиды)
образуют сложные комплексы с белками (липопротеиды), углеводами, из которых построены мембраны клеток и клеточных
59
структур, и участвуют в разнообразных сложных процессах,
протекающих в клетках. По массе они составляют значительно
меньшую группу липидов (в масличных семенах - 3-5%). Это
трудноизвлекаемые «связанные» и «прочносвязанные» липиды.
Для их извлечения необходимо предварительно разрушить их
связь с белками, углеводами и другими компонентами клетки.
При извлечении липидов из масличного сырья в масло переходит большая группа сопутствующих жирам жирорастворимых
веществ: пигменты, жирорастворимые витамины, стерины и
некоторые другие соединения. Они играют большую роль в
пищевой технологии и влияют на пищевую и физиологическую
ценность полученных продуктов питания. Извлекаемая из семян смесь, состоящая из разных групп липидов и растворенных
в них сопутствующих веществ, получила название сырого жира
(см. схему):
Основные компоненты сырого жира
Среди жирорастворимых пигментов - веществ, определяющих окраску - масел и жиров, наиболее распространены каротиноиды и хлорофиллы. В хлопковых семенах содержится
пигмент госсипол. Госсипол и продукты его превращения окрашивают хлопковые масла в темно-желтый или коричневый
цвет.
Госсипол, содержащийся в семенах, листьях, стеблях
хлопчатника, - токсичное вещество. Его содержание в ядре семян большинства промышленных сортов хлопчатника колеблется от 0,14 до 2,5%. По структуре госсипол представляет со-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]