МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

В.Ф. ДОЦЕНКО

ХАРЧОВА ХІМІЯ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

для студентів напряму 6.140101 «Готельно-ресторанна справа» денної форми навчання

СХВАЛЕНО на засіданні кафедри

технології харчування і готельно-ресторанної справи Протокол № 16

від 23.02.2010р.

Київ НУХТ 2010

Доценко В.Ф. Харчова хімія: Конспект лекцій для студентів напряму 6.140101 «Готельно-ресторанна справа» денної форми навчання. – К.: НУХТ, 2010.– 142с.

Рецензент Л.Ю.Арсеньєва, д.т.н., професор

В.Ф. ДОЦЕНКО, д.т.н., професор

Видання подається в авторській редакції

ãВ.Ф. Доценко, 2010

ãНУХТ, 2010

2

ВСТУПНА ЛЕКЦІЯ.

ПРЕДМЕТ, МЕТА І ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ План

1.Об’єм дисципліни, характеристика навчальної програми, форми контролю знань

2.Що вивчає харчова хімія

3.Зв'язок з фундаментальними та інженерними дисциплінами

4.Значення харчових продуктів в життєдіяльності людини

5.Терміни та визначення

6.Рекомендована література

Дисципліна « Харчова хімія» розрахована на 32 години лекційного матеріалу, 32 годин практичних занять на яких студенти виконують реферативноро- зрахункові роботи, 32 години лабораторних занять.

Робоча програма включає такі розділи: предмет і мета і завдання дисципліни. Зв'язок з іншими дисциплінами. Значення харчової хімії. Білки. Вуглеводи. Ліпіди. Мінеральні речовини. Вітаміни. Харчові кислоти. Ферменти та ферментні препарати. Вода. Харчові і біологічно активні добавки. Основи раціонального харчування.

Робочою програмою передбачено 2 модульних контролі знань студентів. Дисципліна «Харчова хімія» відноситься до дисциплін циклу«Природни-

чо-наукової та професійно-практичної підготовки» і є базовою у підготовці бакалаврів напряму 6.140101 «Готельно-ресторанна справа»

Харчова хімія – розділ хімічної науки. Це наука про хімічний склад харчових систем (сировина, напівфабрикати, готові харчові продукти), його зміни в ході технологічного потоку під впливом різних факторів(фізичних, хімічних, біохімічних і т.д.), що включають ліпід-білкові, ліпід-вуглеводні, білок-білкові, білок-вуглеводні взаємодії, загальні закономірності цих перетворень.

Вона включає вивчення взаємозв’язку структури і властивостей харчових речовин і його впливу на властивості і харчову цінність продуктів харчування.

Харчова хімія приділяє увагу методам виділення(вилучення), фракціонування, очистки харчових речовин (білків, вуглеводів, ліпідів і т.д.), їх каталітичній модифікації.

Невід’ємною частиною харчової хімії є розділи, присвячені харчовим і біо- логічно-активним добавкам, забруднювачам харчової сировини і продуктів.

На базі знань одержаних при вивченні«Харчової хімії» вивчаються такі дисципліни: «Основи фізіології та гігієни харчування», «Гігієна і санітарія», «Товарознавство», «Основи виробництва продукції ресторанного господарства», «Методи контролю якості продукції у галузі», «Безпека харчових продуктів» та інші.

Програма дисципліни підкреслює єдність закономірностей взаємозв’язку хімічного складу сировини, фізико-хімічних та технологічних властивостей складових сировини, у поєднанні із впливом на організм людини.

3

Предмет дисципліни – хімічний склад харчових систем, їх взаємозв’язок зі структурою і властивостями харчових речовин, їх зміни в ході технологічного процесу у поєднанні з харчовою цінністю продуктів харчування, вплив на організм людини.

Мета викладання дисципліни – дати цілісне уявлення про властивості основних складових харчової сировини які забезпечують задані властивості різних харчових продуктів, сформувати у студентів науковий підхід до питань удосконалення технологічних процесів, забезпечити набуття студентами певної ерудиції з технології продуктів ресторанного господарства, показників якості харчових продуктів та методів їх контролю, розкрити значення складових сировини в життєдіяльності людини.

Основні терміни та визначення

4

5

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Основна

1.Пищевая химия/Нечаев А.П., Траубенберг С.Г., Кочеткова А.А. и др.. Под ред. А.П.Нечаева. Издание 2-е, перераб. И испр. – СП.:ГИОРД, 2003. – 640 с.

2.Рогов И.А., Антипова Л.В., Дунченко Н.И. Химия пищи. – М.: Колос С, 2007. – 853 с.

3.Капрельянц Л.В., Іоргачова К.Г. Функціональні продукти. – Одеса: Друк, 2003. – 312 с.

4.Технология пищевых производств/Под ред. Л.П.Ковальской. – М.: Колос, 1997. – 752 с.

Додаткова

1.Смоляр В.І. Фізіологія та гігієна харчування. – К.: Здоровя, 2000.-336 с.

2.Позняковський В.М. Гигиенические основы питания, качество и безопасность пищевых продуктов. – Новосибирск: Сиб. Унив. Изд-во, 2005.- 522 с.

3.Тутельян В.А., Спириче В.Б., Суханов Б.П., Кудашева В.А. Микронутриенты в питании здорового и больного человека(справочное руководство по витаминам и минеральным веществам). – М.: Колос, 2002. – 424 с.

5.Основи фізіології харчування/Н.В. Дуденко, Л.Ф. Павлоцька, В.С. Артеменко, М.В. Кривоносов, І.С. Кратенко: Підручник. – Х.: Торнадо, 2003. – 407 с.

ТЕМА 1 БІЛКИ. БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ, ПЕРЕТВОРЕННЯ

У ХАРЧОВИХ ПРОЦЕСАХ

План

1.Будова білків, властивості, класифікація

2.Функціональні властивості білків

3.Перетворення білків у харчових технологіях

4.Значення білків у життєдіяльності людини

5.Методи визначення білків

1.БУДОВА БІЛКІВ, ВЛАСТИВОСТІ, КЛАСИФІКАЦІЯ Білки – найважливіша складова продуктів харчування. Без білка немає

життя – це істина згадується при кожному описанні живої матерії. Існує нескінченний цикл – перетворення азоту для біосинтезу амінокислот і білків.

Тварини використовують у їжу рослини, асимілюють амінокислоти і перетворюють їх у власні білки.

Людина використовує у їжу тваринні і рослинні продукти, перетворюючи амінокислоти їжі у власні тканинні білки.

Після смерті живих організмів органічні молекули розкладаються мікроорганізмами, азот поступає у грунт, який асимілюється фіксуючими бактеріями і перетворюються у органічні речовини і цикл повторюється.

6

Білками або протеїнами (від грецького слова protos – перший, первісний) називають високомолекулярні природні азотовмісні сполуки, молекули яких побудовані із залишків амінокислот.

Білки – найскладніші речовини із усіх сполук живої тканини.

До складу білків входять п’ять елементів: азот, вуглець, кисень, водень, сірка приблизно у таких кількостях(%):

вуглець -50-54, азот – 15-18, кисень -20-23, водень -6-8, сірка -0,3-2,5.

Амінокислоти являються будівельними блоками білків. Білки синтезуються із амінокислот і перетворюються в амінокислоти при перетравлюванні(гідролізі) у шлунково-кишковому тракті.

Природних амінокислот нараховується біля 200, а до складу білків входять лише 20 індивідуальних амінокислот.

Молекули амінокислот містять декілька функціональних груп, які визначають їх властивості: аміногрупа – NH2; карбоксильна група – СООН і амінокислотний радикал - R, що має різну будову: від 1 до 7 атомів вуглецю.

COOH

R CH

NH2

Загальна формула амінокислот

Яким же чином вони зв’язані у молекулі білка?

При вивченні властивостей білків і їх будови вченими було установлено, що між молекулами амінокислот існує так званий пептидний зв’язок або його ще називають кислотно-амідним зв’язком, завдяки якому утворюються ди -, три -, тетра -, пентапептиди).

C N

O

Схема пептидного зв’язку

У білковій молекулі крім поліпептидних є ще дисульфідні зв’язки– S – S -, які з’єднують між собою окремі пептидні ділянки одного і того ж поліпептидного ланцюга, утворюючи спіраль.

Розглянемо деякі властивості амінокислот.

1. У продуктах харчування містяться лише 20 амінокислот. Ці амінокислоти поділяються на замінні і незамінні.

7

Класифікація амінокислот

Замінні амінокислоти можуть синтезуватися в організмі людини, а незамінні повинні надходити у готовому вигляді з білками їжі.

Залежно від вмісту незамінних амінокислот білки поділяються на повноцінні і неповноцінні.

Повноцінні білки є у багатьох продуктах тваринного походження. Більшість же білків рослинного походження, крім білків бобових, горіхів, насіння соняшнику – неповноцінні. Вони містять малу кількість лізину, ізолейцину і треоніну.

Основною функцією амінокислот є участь їх у синтезі білків.

Інтенсивність синтезу білків зумовлена його амінокислотним складом. Чим вища біологічна цінність білка харчових продуктів, що споживаються людиною, тим краще він використовується для синтезу власних білків і функціонування організму.

Якість харчового білка може бути оцінена шляхом порівняння його амінокислотного складу з амінокислотним складом стандартного чи"ідеального білка".

Поняття "ідеальний білок" включає поняття про гіпотетичний білок високої харчової цінності, що задовольняє потреби організму.

Для дорослої людини в якості ідеального білка використовують амінокислотну шкалу Комітету ФАО/ВООЗ, яка показує вміст кожної незамінної амінокислоти у 1г стандартного білка.

Для визначення біологічної цінності білків використовують хімічні, біологічні та розрахункові методи.

8

Хімічні методи засновані на експериментальному визначенні кількості всіх амінокислот, наприклад у амінокислотному аналізаторі, які містяться у досліджуваному продукті.

Отримані дані порівнюють з "ідеальним білком".

Підраховують відсотковий вміст кожної з амінокислот відносно її вмісту в ідеальному білку за формулою:

АКЧ = мг амінокислоти в1г дослдіжуваного білка ×100,% мг амінокислоти в 1г стандартного білка

Розрахунок виражають у відсотках. Це значення називають амінокислотним числом – скором (скор – рахунок).

Лімітуючою амінокислотою, що обмежує біологічну цінність білка, вважається та, скор (%) якої має найменше значення.

АКЧ білків деяких основних продуктів: куряче яйце – 1; коров’яче молоко

– 0,95; соя – 0,55; рис – 0,67; пшениця – 0,53.

Зазвичай розраховують скор для трьох найбільш дефіцитних амінокислот (лізин, метіонін, триптофан 3:3:1).

За шкалою ФАО ідеальний білок містить(мг/г): лейцину – 70; тирозину – 60; лізину – 55; валіну – 50; ізолейцину – 40; треоніну – 40; метіоніну – 35; триптофану – 10.

Співвідношення суми незамінних амінокислот(АК) до суми замінних не повинно бути нижчим 0,4.

Розглянемо деякі фізико-хімічні властивості АК.

Оскільки АК у своєму складі мають як основні групи ( - NH2), так і кислотні ( - СООН), вони відносяться до амфотерних електролітів, тобто сполукам, що проявляють властивості як кислот, так і лугів (від грецького слова amphi – обидві).

Аміногрупа амінокислот іонізована дещо менше, ніж карбоксильна група, і водний розчин амінокислот має слабо кислий характер.

В розчині можливо існування чотирьох електрохімічних форм АК:

амфотерна

На іонізацію АК у водних розчинах впливає рН середовища. У кислому середовищі висока концентрація протонів подавлює дисоціацію карбоксильних груп і амінокислоти заряджаються позитивно– тобто переходять у форму катіонів.

9

+

У лужному середовищі при надлишку ОН-іонів АК знаходяться у вигляді аніонів за рахунок дисоціації протонованих аміногруп

Таким чином величина електричного заряду АК знаходиться у тісному взаємозв’язку з рН середовища.

У розчині з рН між 4 і 9 (водні розчини) АК існують у вигляді цвіттеріонів.

Стан амінокислоти, коли її сумарний електричний заряд дорівнює нулю, називається ізоелектричним, значення рН, що обумовлює цей стан, називається ізоелектричною точкою амінокислоти (рІ).

В ізоелектричні точці ІЕТ АК мають мінімум розчинності, мінімальну буферну ємність.

З якими хімічними речовинами можуть взаємодіяти АК?

Завдяки наявності карбоксильних і аміногруп АК можуть брати участь у специфічних хімічних реакціях, які використовуються при розділенні, ідентифікації і кількісному визначенні АК.

АК легко утворюють солі, складні ефіри і інші сполуки, гідразиди, азиди, тіоефіри, галогенангідриди: АК можуть взаємодіяти(вступати в реакцію) зі спиртами, утворюючи складні ефіри, з азотистою кислотою (НNO2), утворюючи оксикислоту і газоподібний азот, з формальдегідом, для ідентифікації і кількісного аналізу АК використовують реакцію з нінгідрином – кольорова реакція.

Але основною реакцією, яка має суттєве значення у технологіях харчових продуктів, є реакція амінокислот з редукуючими речовинами. Ці речовини взаємодіють при нагріванні до температури 100-1050C, а її реакція одержала назву Майяра (1912 р). Її ще називають реакцією меланоідиноутворення.

Реакція Майяра остаточно не вивчена, вона складна, протікає через ряд проміжних стадій.

Меланоідини – важливі компоненти харчових продуктів. Однак, слід наголосити, що реакція Майяра є причиною зменшення цінних компонентів їжі (амінокислот і цукрів) із-за того що меланоідини практично не засвоюються організмом людини.

Але при кулінарній обробці харчових продуктів меланоідини беруть участь у формуванні смаку, запаху і кольору харчових продуктів.

Так, колір, аромат свіжовипеченого хліба, колір квасу, пива, кип’яченого молока, м’ясних виробів, що піддані кулінарній обробці, особливо смаженню,

10

колір сушених плодів і овочів– у більшості визначається реакцією меланоідиноутворення.

Навпаки, у виробництві цукру, меланоідини не бажані так як вони обумовлюють високу в’язкість уварюваних сиропів і загальмують процес кристалізації у них цукрози.

Особливості будови молекул деяких амінокислот

Амінокислоти у яких амінокислотний радикал представлений циклічною структурою, називаються ароматичними (тирозин, триптофан, фенілаланін).

До складу сірковмісних амінокислотцистеіна, цистина і метіоніна входить атом сірки.

Деякі АК мають у боковому ланцюгу другий атом азоту(лізин, аргінін, гістидин), що надають АК основних властивостей.

АК, боковий ланцюг яких розгалужений, називаються амінокислотами з розгалуженим боковим ланцюгом (лейцин, ізолейцин, валін).

За просторовою структурою білки поділяють на глобулярні і фібріляр-

ні.

Глобулярні білки – складаються з одного чи декількох поліпептидних ланцюгів, щільно звернутих за рахунок (нековалентних чи ковалентних) зв’язків у компактну частку, яка називається глобулою.

Зазвичай вони добре розчиняються у воді. До цієї групи відносяться: ферменти, антитіла, багато гормонів, білки-переносники кисню (міоглобін, гемоглобін, сивороточний альбумін (переносник жирних кислот)).

Фібрілярні білки складаються із витягнутих чи спіралезованих поліпептидних ланцюгів, розташованих паралельно, що утримуються разом за рахунок багаточисельних зв’язків. Поліпептидні ланцюги об’єднані у волокна (фібрили). Такі білки не розчиняються у воді. Із них побудовані волосся, нігті, перини (кератини), сухожилля (колаген), зв’язки (еластин), шовк, павутина (фіброїн).

Слід підкреслити, що більшість білків мають глобулярну форму.

За способом зворачування і асоціації поліпептидних ланцюгів, виділено чотири рівні просторової структури білка:

-первинна;

-вторинна;

-третинна;

-четвертинна.

Первинна структура – це каркас білкової молекули, амінокислотні залишки якої лінійно з’єднані між собою кислотно-амідними(пептидними) зв’язками. Для кожного білка послідовність АК в поліпептидних ланцюгах є характерною, унікальною.

Вона визначається генетично і визначає вищі рівні організації даного білка. Заміна навіть одного амінокислотного залишку поліпептидного ланцюга, який складається із сотень АК, може суттєво змінити властивості даного білка і навіть повністю позбавити його біологічної активності.

Пептидний зв'язок за своєю хімічною природою є ковалентний зв'язок, що надає первинній структурі високу міцність. Енергія зв’язку 140-400 кДж/моль, відстань між атомами 0,1-0,2 нм.

11

Вторинна структура білків являє собою укладку поліпептидних ланцюгів в упорядковану форму за рахунок системи водневих зв’язків між – СО і –NH групами. Існує дві форми вторинної структури: α – спіраль (для уявлення – на циліндр намотана стрічка) і β– конформація (вигляд складчастого аркуша). Цю різновидність ще називають β– структура, β – складковий шар (або аркуш), шарувато-складкова структура.

Складкові структури зустрічають дуже часто: у колагенна, кератина, фіброїна шовку, трипсина, у глобулярних білків ці структури складають15% і більше, у α – амілази до 30%. Можливі переходи від α - структур до β - структур і зворотньо.

Природних білків, які б складалися лише з α – спіралей, майже немає. Сукупність α – спіралей і β – структур являється критерієм за яким можна

судити за ступенем упорядкованості структури білкової молекули, її стабільністю при дії фізико-хімічних факторів.

Третинна структура – характеризується певною конформацією спіралізованих і лінійних ділянок поліпептидних ланцюгів у просторі.

Для кожного білка характерна своя третинна структура, від якої залежать його біологічні властивості.

Під час формування третинної структури поліпептидні ланцюги укладаються так, що максимальна кількість гідрофільних груп, залишків АК, була розміщена назовні, тобто повернута до водного середовища, а гідрофобні групи розміщуються всередині структури(глобули), яка має елипсоїдну форму. На конформацію глобули впливає рН середовища, іонна сила розчину, температура, взаємодія білкових молекул з іншими речовинами.

Порушення у вторинній структурі веде до підвищення гідрофобних взаємодій і підсиленню третинної структури. Вторинна структура порушується у точках, де знаходиться АК – пролін і гідросипролін, які утворюють тільки один водневий зв'язок з другими поліпептидними групами.

У цих точках ланцюг перегинається у трьохвимірному просторі. Таким чином між вторинною і третинною структурами виникає збалансоване співвідношення.

Одначе третинна структура не може існувати при зруйнованій вторинній структурі. В той же час біологічна функція білка залежить цілком від третинної структури. Її деформація чи руйнування призводять до часткової чи повної втрати цієї функції.

Четвертинна структура. Для білків, молекули яких побудовані з одного поліпептидного ланцюга, можливі лише первинна, вторинна і третинна структури. Четвертинна структура характерна лише для тих білків, які складаються з двох, чотирьох і більшої, в основному парної, кількості індивідуальних поліпептидних ланцюгів з власною третинною структурою. Такі поліпептидні ланцюги називаються протомерами, а білки, побудовані з них - олігомерами. Отже, взаємне просторове розміщення протомерів у білковій молекулі і становить її четвертинну структуру.

Вона лежить в основі будови білків – ферментів.

12

Четвертинна структура білків стабілізується і підтримується в нативному стані в основному за участю нековалентних зв’язків(водневих, іонних або гідрофобних).

При дії на білки з четвертинною структурою різних фізичних або хімічних факторів (органічні розчинники, сечовина, концентровані розчини солей, зміна рН тощо) вони можуть розпадатися на окремі протомери

Білки класифікують за фізико-хімічними властивостями та хімічним складом. За цими ознаками білки поділяють на дві групи– прості (протеїни) і складні (протеїди).

Протеїни – це білки, до складу яких входять лише залишки амінокислот. Протеїди – складні білки, молекули яких крім залишків АК містять ще і

інші компоненти – простетичні групи.

Прості білки (протеїни) поділяються на такі класи: - альбуміни, глобуліни, протаміни, гістони, проламіни, глутеліни і протеіноїди. Із названих білків детально зупинимося на чотирьох, які мають важливе значення у технологіях продуктів харчування: альбуміни, глобуліни, глутеліни і проламіни.

Альбуміни – входять до складу продуктів харчування: молока, яєць, зерна злакових і бобових культур.

Молекулярна маса альбумінів 35-70 тис. Молекули їх мають еліпсовидну форму, яка більш компактна і симетрична, ніж у глобулінів. Альбуміни належать до гідрофільних білків, вони добре розчиняються у воді. За хімічним складом альбуміни характеризуються високим вмістом лейцину(15%), а також значним вмістом сірковмісних амінокислот, лізину, аспарагінової і глутамінової кислот і незначним вмістом гліцину.

Глобуліни – входять до складу зерна злаків, насіння соняшника, льону, бавовника та бобових рослин. Широко відомі такі глобуліни, як фазеолін квасолі, легумін гороху, гліцидин сої. У тваринних тканинах найбільш розповсюдженими є лактоглобулін молока, фібриноген крові тощо.

Молекулярна маса глобулінів0,9-1,5 млн. Вони більш грубодисперсні і менш гідрофільні, ніж альбуміни, що пояснюється меншою стійкістю їх колоїдних розчинів.

Добре розчиняються 10% розчинами солей. За хімічним складом глобуліни дещо відрізняються від альбумінів – містять більше гліцину (5%) і меншу кількість сірковмісних амінокислот.

Проламіни – ця група білків досить розповсюджена у рослинному світі. Вони входять до складу насіння злакових культур. Представниками їх є гліадин пшениці, орозеїн рису, гордеїн ячменю, зеїн кукурудзи, авенін вівса тощо. Назва «проламіни» була запропонована в зв’язку з тим, що до їх складу входить значна кількість проліну. Крім проліну проламіни містять також глутамінову кислоту і незначну кількість інших АК. Для проламінів характерним є те, що вони зовсім не містять лізину. Розчиняються у 70% водному розчині спирту.

Глутеліни як і проламіни, містяться у зелених частинах рослин і насінні. Характерною особливістю білків є те, що до їх складу входять велика кількість глутамінової кислоти і лізину. Добре розчиняються у лугах.

13

Складні білки (протеїди) складаються з простого білка і сполуки небілкової природи-простетичної групи(від грецького словаprosteto-приєдную, додаю). Залежно від хімічної природи простетичної групи складні білки поділяються на нуклеопротеїди, хромопротеїди, металопротеїди, глюкопротеїди, фосфопротеїди і ліпопротеїди.

Нуклеопротеїди – це складні білки, простетичною групою яких є нуклеїнові кислоти. Залежно від природи нуклеїнової кислоти нуклеопротеїди поділяються на рибонуклеопротеїди (РНП), якщо до їх складу входить рибонуклеїнова кислота – РНК, а якщо дезоксирибонуклеїнова кислота – ДНК.

Хромопротеїди – побудовані з простого білка і забарвленої простетичної групи якою можуть бути похідні каротину, порфірину (гемоглобін, міоглобін, ферменти). Гемоглобін крові – хромопротеїд, міоглобін міститься у м’язах тварин.

Глюкопротеїди – у складі простетичної групи містять залишки вуглеводів та їх похідні. Входять до складу крові, білків молока, яєць, ферментів, гормонів.

Металопротеїди – до складу простетичної групи входять залізо, мідь, кобальт, цинк та інші елементи. До металопротеїдів належить велика група ферментів.

Фосфопротеїди – містять у вигляді простетичної групи залишки ортофосфорної кислоти. Ці білки входять до складу білків яєць( овальбумін), молока (казеїн).

Ліпопротеїди – у складі простетичної групи містять ліпіди і їх похідні (тригліцериди, фосфоліпіди, холестерин тощо). Найчастіше простетичною групою є нейтральні жири– тригліцериди. Входять до складу біологічних мембран, крові, лімфи, нервових тканин та інше.

В комплексі з білками ліпіди набувають нових властивостей: вони здатні розчинятися у воді і втрачають здатність розчинятися у органічних розчинниках. Ліпіди ж не розчиняються у воді і розчиняються у органічних розчинниках.

2. ФУНКЦІОНАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ БІЛКІВ

Під функціональними властивостями мають на увазі властивості, які визначають їх зміни при переробленні у харчові продукти та забезпечують певну структуру, технологічні і споживні властивості. До найбільш важливих функціональних властивостей білків належать:

-водозвязувальна;

-жирозвязувальна;

-структуроутворювальна (піноутворювальна та драглеутворювальна) здатність.

Здатність білків зв’язувати на своїй контактній поверхні воду– одна із характерних фізико-хімічних властивостей що відіграє важливу роль у технології харчових продуктів.

З гідрофільністю пов’язані такі процеси, як набухання і розчинність білків, їх осадження і денатурація при дії жорстких фізико-хімічних факторів середовища.

14

Гідрофільність являє собою наслідок дії електростатичних сил протягування, що розвиваються між іоногенними і полярними групами білкової глобули і диполями води.

Набухання. Внаслідок великої різниці у швидкості дифузії молекул білків і низькомолекулярного (вода) розчинника на першій стадії процесу розчинення білка молекули розчинника проникають у простір між полімерними ланцюгами білка. Відбувається збільшення об’єму молекули. Це явище називають набуханням, яке переходить у розчинення (необмежене набухання) у тому випадку, коли між поліпептидними ланцюгами відсутні поперечні хімічні зв’язки. Це явище характерне для глобулярних білків. У поліпептидах, що утворюють сітчасту структуру, розчинення неможливе, і процес закінчується набуханням (обмежене набухання). Такі перетворення характерні для деяких фібрілярних білків.

Кількісною характеристикою обмеженого набухання є ступінь набухання αm, яку визначають гравіметричним способом: зважують зразок до і після набухання і розраховують за формулою:

am = m - m0 m0

m – маса набухлого зразка;

m0 – наважка вихідного зразка.

Ступінь набухання також визначають об’ємним методом, вимірюючи об’єм зразка до і після набухання:

av = v - v0

v0

V – об’єм набухлого зразка;

V0 – об’єм вихідного зразка.

Ступінь набухання залежить від різних факторів, у тому числі від природи розчинника.

Розчинення білків – спонтанний процес.

Таким чином, при постійному тиску і температурі він супроводжується зменшенням вільної енергії (енергії Гіббса):

DG = DH - TDS, де

DG – ентальпія; DS – ентропія; Т – температура.

При обводненні системи на стадії набухання і розчинення білків зміни вільної енергії перевищують зміни вмісту тепла і ентропія системи починає зростати.

Під дією електростатичних сил поверхня білкової глобули покривається гідратною оболонкою. Перший шар молекул води(мономолекулярний шар) досить міцно адсорбований на поверхні, наступні шари гідратної оболонки, по мірі того як електростатичні сили слабкішають, стають менш упорядкованими.

Виникає ситуація коли характерною ознакою якої є повільний перехід від твердої фази (білкової глобули) до дисперсійного середовища (вода); білкова глобула як би закріплена на"якорях", роль яких виконують диполі води. Оскільки диелектрична проникність води висока, взаємозв’язок між білковою глобулою і водним середовищем досить стабільний.

15

При контакті з водою сухий білок набухає, молекули води проникають у білкову масу і в результаті гідратації молекули білка роз’єднуються.

Важливу роль тут відіграють не тільки електростатичні сили, але і сили осмосу.

Набухлий білок можна вважати розчином води у білку; енергія набухання велика. Подальше поглинання води призводить до розчинення білка.

Розчинення пов’язано з хімічною структурою білка. Оскільки амінокислотний склад білків різний, розчинність білків коливається у широких межах і буде визначатись співвідношенням гідрофільних (іоногенних і полярних) і гідрофобних (неполярних) R – груп, специфікою укладання їх у трьохвимірну структуру; чим більше гідрофільнихR – груп на поверхні білкової молекули, тим вища її гідрофільність і тим вища розчинність білка; поверхневі гідрофобні R – групи зменшують розчинність.

Глобулярні білки краще розчинні, ніж фібрілярні. Кількість зв’язаної води для різних білків складає біля 0,15-0,35 г на 1 г білка.

Явище набухання широко розповсюджено у харчових технологіях; воно, наприклад, відіграє важливу роль в утворенні пшеничного тіста.

Набухлі білки борошна гліадин і глютенін відомі під назвою клейковина, яка обумовлює пружність, розтяжність і еластичність тіста.

Обмежено набухає колаген – основний компонент сировини і напівфабрикатів м’ясної промисловості.

Частково деструктурований колаген називають желатином, який легко набухає у теплій воді.

При набуханні об’єм і маса зразків збільшується у 10-15 разів.

Якщо набухання переходить у розчинення(необмежене набухання) система переходить у стан геля (студня).

На процес набухання впливає ряд факторів:

1.Додавання електролітів, які гальмують набухання;

2.Швидкість набухання зростає з підвищенням температури;

3.Швидкість і ступінь набухання зростають із збільшенням ступеня подрібненості полімеру, оскільки зростає поверхня контакту полімеру з розчинником

іінтенсивність дифузії молекул. Ці фактори мають важливе значення у харчових технологіях.

Вплив електростатичних сил на розчинність білків залежить від рН середовища. Білки є амфотерними електролітами, оскільки вони містять карбоксильні

іамінні групи та можуть дисоціювати і як кислоти, і як луги. Але при рН, близьким до ізоелектричної точки, розчинність білків найменша. В ізоелектричній точці спостерігається також найменша в’язкість розчинів білків та найлегше білки осідають з розчинів.

Але сам по собі білок не виділяється у вигляді осаду. Це можна зробити за допомогою нейтральних солей у високих концентраціях(сульфат амонію, фосфат натрію або калію) або органічних розчинників (спирту, ацетону). Процес вилучення білка з розчину під дією солей називаєтьсявисолюванням. Насичення водного розчину спиртом або ацетоном призводить до зневоднення білків, оскільки спирт та ацетон є більш гідрофільними, порівняно з білками. Вна-

16

слідок цього білкові глобули злипаються у крупніші частинки і випадають в осад.

Ця властивість використовується у технологіях виготовлення ізолятів та концентратів білків. Суть технології полягає у переведенні білків сировини (соєвих білків, соняшникових та інших) у розчин за допомогою кислот чи лугів, а потім – виділення цих білків з розчинів осадженням. Осадження білків краще відбувається при низьких температурах.

Висолювання є зворотнім процесом. Після видалення осаду білки знову можна розчинити. Розчини білків є колоїдними розчинами.

Денатурація білків

Нативна (природня) конформація глобулярного білка, піддається змінам під дією жорстких фізико-хімічних факторів середовища. Ці зміни одержали назву – денатурація (зворачування) білка.

Денатурація – це наслідок руйнування нативної структури білків, який супроводжується втратою біологічної активності(ферментативної, гормональної).

З фізичної точки зору – це деструкція білкової молекули без зміни первинної структури (руйнуються вторинна, третинна і четвертинна структури).

Типовим прикладом денатурації є згортання(зкручування) яєчного альбуміну при варінні яєць.

При денатурації поліпептидний ланцюг звертається і перетворюється в безпорядний, хаотичний клубок.

Фактори, що викликають денатурацію білків, можна поділити на фізичні і хімічні.

До фізичних відносяться: нагрівання, механічне перемішування, ультразвук, ультрафіолетові і іонізуючі промені.

До хімічних – кислоти, луги, солі важких металів (Ag, Pb, Hg), сечовина, таннін, трихлороцтова кислота, гуанідин.

Теплова денатурація є одним із характерних ознак білків, але для різних білків температурна денатурація різна. Білки тваринного походження термолабільні: їх денатурація починається уже при 400С і швидко зростає з підвищенням температури. Але відомі білки які стійкі до нагрівання, наприклад трипсин, хімотрипсин, a - лактоглобулін молока, a - амілаза деяких бактерій.

Сухі білки більш стійкі до теплової денатурації, ніж білки у розчині. По тій причині концентровані розчини білків більш стійкі у порівнянні з розбавленими розчинами білків.

Часто теплову денатурацію білків ототожнюють з їх коагуляцією. Але ці два процеси суттєво відрізняються за своєю фізико-хімічною суттю. Теплова денатурація білків є причиною їх агрегації і коагуляції(випадання в осад). Однак денатурація не завжди призводить до коагуляції. Денатурований білок при певних умовах може залишатися в розчині.

Наприклад, при нагріванні розчину білка з рН, далеким від ІЕТ, до 1000С білок не завжди коагулює і випадає в осад.

Денатурація виникає при механічному перемішуванні, сильному струшуванні білкових розчинів.

17

Білки відносяться до поверхнево-активних речовин. При механічному впливу у розчині білка утворюється піна, на поверхні бульбашок якої і розвивається процес денатурації.

Ультразвукові хвилі викликають денатурацію за рахунок як механічного впливу, так і теплових ефектів.

Ефективними хімічними агентами денатурації білків є кислоти і луги. Багато білків денатурують при значеннях рН нижче 2 або вище 12.

Солі важких металів, трихлороцтова кислота, танін навіть у невеликих концентраціях викликають денатурацію білків, утворюючи з ними нерозчинні комплекси.

Деякі хімічні сполуки справляють на білки захисні дії. Так, денатурація гальмується концентрованими розчинами гліцерину, глюкози і інших цукрів, що пов’язано, очевидно, з їх адсорбцією на глобулах білків і утворенням великих гідрофільних комплексів.

Найбільш типовими ознаками денатурації є такі:

1.Зниження гідрофільності і розчинності білків, внаслідок чого зменшується стійкість їх розчинів.

2.Збільшення в’язкості розчинів. Білки втрачають здатність до кристалізації.

3.Зменшення молекулярної маси і зміна форми білка.

4.Молекула переходить у хаотичний стан– поліпептидні ланцюги спочатку розгортаються, проходячи стадію нитки, а потім знову згортаються, але вже по-іншому, тобто проходить зміна конформації молекули білка. При цьому збільшується здатність білка до розщеплення їх ферментами.

Необхідно зазначити, що денатурація не завжди є необоротним процесом. При недовготривалій дії денатуруючого агента білок можна повернути в попередній, нативний стан. Цей процес має назву ренатурації, або пептизації.

Характерним для цього процесу є те, що при ренатурації відновлюється фізіологічна активність білків – ферментів. При ренатурації білків ніяких нових зв’язків і нових властивостей, не властивих нативному білку, не виникає, а відновлюються лише ті, які були для нього характерними.

Процеси денатурації білків відіграють велику роль у технологічних процесах харчових продуктів при їх тепловій обробці. Формування м’якушки хліба, варка сусла з хмелем, бланшування плодів і овочів крутим кип’ятком чи гострою парою, кипятіння молока, кулінарна обробка м’ясних і рибних продуктів зв’язані з денатурацією білка.

3.ПЕРЕТВОРЕННЯ БІЛКІВ У ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЯХ

Будь які зміни умов середовища в технологічних процесах виробництва харчових продуктів впливають на нековалентні зв’язки макромолекул білка і призводять до змін четвертинної, третинної і вторинної структур. Під дією технологічних факторів білки можуть утворювати ізоляти та приймати участь в реакціях, зокрема біохімічних.

18

Основні перетворення білків полягають у їх денатурації, гідролізі, утворенні токсичних елементів тощо.

Процес денатурації білків викладено у попередньому розділі.

Термічна обробка білків при температурах 40-1000С призводить не лише до денатурації, а й прискорює небажані термічні перетворення які були розглянуті раніше.

Термічна обробка білоквмісних продуктів при температурі100-1200С призводить до руйнування макромолекул білка з розщепленням пептидних зв’язків

і утворенням НS (сірководень), NH (аміак), СО , диметилсульфіда Н С – S –

2 2 2 3

CH3 та інших сполук небілкової природи.

Так, стерилізація молочних продуктів при температурі вище1150С викликає руйнування цистеінових залишків з відщеплюванням сірководню, диметилсульфіда і цистеінової кислоти.

Серед продуктів розщеплення білків зустрічаються сполуки, що надають їм мутагенні властивості.

Мутагени утворюються при обсмажуванні в маслі, коптінні у диму і сушці. Вони містяться в бульйонах, смаженій говядині і свинині, домашній птиці, смажених яйцях, копченій і в’яленій рибі. Деякі із них викликають спадкові зміни в ДНК, і їх вплив на здоров’я людини може бути від незначного до летального.

Токсичні сполуки білків утворюються при термічній обробці вище 2000С за рахунок реакції ізомеризації амінокислот ізL-форми в D-форму. Такі перетворення можливі при нижчих температурах, але в лужному середовищі.

Руйнування природних білково-ліпідних комплексів також є небажаними, оскільки ліпіди, що звільняються, можуть піддаватися окисленню і здатності ініціювати окисні ланцюгові реакції білків, які призводять до зменшення амінокислот.

Гідроліз. Білки піддаються хімічному (під дією кислот і лугів) та біохімічному (ферментативному) гідролізу.

Кислотний та лужний гідролізи здійснюють при кипятінні з міцними кислотами та лугами. Кислотний та лужний гідроліз застосовується у технологіях отримання білкових концентратів та ізолятів для переведення білків у розчинений стан з наступним виділенням білків із розчину шляхом висолювання.

Ферментативний гідроліз здійснюється під дією протеаз, ферментів, які гідролізують пептидні звязкі з утворенням більш дрібних фрагментів і амінокислот.

4.ЗНАЧЕННЯ БІЛКІВ У ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ

Окремо взятий білок, як речовина з визначеною хімічною будовою, виконує одну вузькоспеціалізовану функцію і в окремих випадках декілька, як правило взаємопов'язаних. Та чи інша молекула білка має строго визначений генетично закодований амінокислотний склад, специфічні фізико-хімічні властивості, специфічну біологічну функцію у живій клітині, що обумовлює цільове призначення білка.

Строга специфічність біологічних функцій білків– основа обміну речовин у живій клітині. Ні один клас біологічно-активних речовин не наділений такими

19

властивостями, як білки. Ні одна біологічна реакція в організмі людини не протікає без прямої чи побічної участі білків.

Постільки обмін речовин в організмі людини являє собою сукупність великого числа біохімічних реакцій, в яких безпосередньо приймають участь білки, важко дати вичерпний опис усіх біологічних функцій. Перерахуємо лише головні із них.

1.Ферментативна (каталітична) функція. Без неї не протікає ні одна бі-

охімічна реакція у живій клітині. Ферменти – функціональний тип білків. Синтез і розкладання речовин, регуляція хімічних процесів, перенесення хімічних груп і електронів від одної речовини до іншої здійснюється за допомогою цих специфічних білків. На сьогодні відкрито біля3 тисяч різних ферментів, кожний із яких служить каталізатором певної хімічної реакції.

На прикладі ферментів ми переконуємося на скільки багатосторонні специфічні біологічні функції білків. α-амілаза, наприклад, гідролізує крохмаль (найважливіша реакція у харчовій технології); пепсин (важливий фермент харчотравлення) гідролізує білки; цитохромоксидаза (важливий фермент біоенергетики живої клітини) переносить електрони на кисень; амінотрансфераза (важливий фермент в обміні білків) переносить аміногрупу від однієї речовини до іншої.

2.Гормональна функція. Забезпечує регулювання обміну речовин в середині клітини і інтеграцію обміну речовин різних клітин цілого організму, наприклад, гормон інсулін регулює вуглеводний, білковий, жировий обміни.

3.Транспортна функція. Здійснює зв’язування і транспорт речовин між тканинами через мембрани. До таких білків відносяться ліпопротеїни, які переносять кисень у м’язові тканини; гемоглобін (джерело вільної хімічної енергії), зв’язує кисень повітря при проходженні його через легені і доставляє його до периферійних тканин, де відбувається окислення компонентів їжі; пермеази, зв’язують глюкозу, амінокислоти і інші харчові речовини і переносять їх через мембрани в середину клітини.

4.Хіміко-механічна (скорочувальна) функція. Білки перетворюють вільну хімічну енергію в механічну роботу. До цих білків відносяться білки м’язових тканин: міозин, що закріплений у нитках м’язових волокон– міофібриллах, і актин, який міститься у рухливих міофібриллах.

5.Структурна функція. Цю функцію виконують білки, які беруть участь у будові різних мембран (плазматичних, мітохондріальних). До них відносяться також білки, які забезпечують міцність опорних тканин: колаген – структурний елемент опорного каркаса кісткової тканини, хрящів, сухожиль – має дуже високу міцність на розрив; кератин – структурна основа шерсті, волосся, перин, копит, рогів; еластин – білок здатний розтягуватися у двох вимірах.

6.Захисна функція. Захисні реакції організму пов’язані з білками: зокрема антитіла, які утворюються під час надходження в організм сторонніх речовин, є білки. Ці сполуки утворюють із токсинами малоактивні комплекси, які виводяться із організму, отже виконують антитоксичну функцію.

7.Резервна функція. Використання білків у якості запасних матеріалів для живлення клітин, що розвиваються. До них відносяться проламіни, глютеліни -

20

білки хлібних культур; альбумін – яєчний білок, що використовується для розвитку зародка; казеїн молока – білок, що використовується для годування новонароджених ссавців.

Резервні білки є найважливішими компонентами рослинної і тваринної їжі.

8.Спеціальні функція. Серед білків зі спеціальними функціями слід виділити рецепторні білки, які забезпечують передачу імпульсів між нервовими клітинами і передачу сприйняття світла; білки, що уберігають кров риб, що перебувають у холодних водах, від замерзання.

9.Енергетична. При дефіциті вуглеводів і жирів у раціоні білка є джерелом енергії. При окисненні 1 г білка виділяється 4 ккал тепла.

5. МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ БІЛКІВ Якісні реакції на білки

Дуже важливою властивістю білків є забарвлюючі їх реакції, які зумовлені наявністю в білковій молекулі певних хімічних груп. До них відносяться ксантопротеїнова, біуретова, Міллонова реакція, реакція Адамкевича.

Ксантопротеїнова реакція полягає в тому, що при обробленні білка міцною азотною кислотою з’являється жовте забарвлення, зумовлене наявністю в білку бензольних кілець.

Міллонова реакція полягає в обробленні білка міллоновим реактивом(розведеним водою розчином металевої ртуті в азотній кислоті), який реагує з фенольними групами, утворюючи сполуки, що надають білку вишневогочервоного забарвлення.

Біуретова реакція – поява фіолетового чи червоно-фіолетового забарвлення під дією розчину CuSO4 у лужному середовищі.

Реакція Адамкевича – поява фіолетового забарвлення при додаванні до розчину білка декількох крапель гліоксилевої кислоти та міцної сірчаної кислоти. Ця реакція залежить від наявності індолевої групи.

Кількісне визначення білків

1.Визначення азоту за методом Кєльдаляосновано на повному руйну-

ванні білка під дією сірчаної кислоти у присутності каталізатора. Азот білка уловлюється у формі сульфату амонію і визначається у вигляді аміаку після перегонки з парою гідролізату, підлуженого додаванням концентрованого NaOH. Аміак зазвичай аналізується оберненим титруванням після поглинання у кислотних ловушках.

2.Колориметричні методи.

Біуретовий метод оснований на специфічній реакції пептидних зв’язків з іонами міді у лужному середовищі. Методика проста, але малочутлива.

Метод Лоурі. В основі метода лежить реакція відновлення реактиву Фоліна мідним похідним білка з утворенням забарвлених продуктів реакції. Інтенсивність забарвлення вимірюють за допомогою фотоелектроколориметра.

3. Сучасні методи визначення вмісту білків базуються на використанні амінокислотних аналізаторів за допомогою яких визначається як загальний вміст білка, так і його амінокислотний склад.

21

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1.Дайте визначення білків.

2.Охарактеризуйте елементний склад білків.

3.Що таке пептидний зв'язок?

4.Які функціональні групи входять до складу амінокислот? Що таке амфотерність амінокислот?

5.На основі яких принципів класифікують амінокислоти?

6.Що таке «ідеальний білок»?

7.Як визначається амінокислотне число (скор)?

8.Як впливає рН середовища на іонізацію АК?

9.Що таке ізоелектрична точка?

10.Поясніть, що таке реакція Майяра?

11.Як класифікують білки за просторовою структурою?

12.Охарактеризуйте первинну і вторинну структури білка.

13.Охарактеризуйте третинну і четвертинну структури білка. 14.Як класифікують білки за фізико-хімічними властивостями?

15.Охарактеризуйте групи протеїнів, що розчиняються у воді і солях. 16.Дайте характеристику проламінами і глутелінам.

17.Охарактеризуйте складні білки.

18.Що таке функціональні властивості білків?

19.Поясніть суть набухання білків і їх розчинності?

20.Перерахуйте фактори, що впливають на процес набухання білків? 21.Що таке денатурація білків? Фактори що їх викликають?

22.Охарактеризуйте теплову денатурацію білків.

23.Хімічні фактори, що викликають денатурацію.

24.Які типові ознаки денатурації білків Ви знаєте?

25.Які зміни відбуваються під час термічної обробки білків?

26.Як відбувається ферментативний і кислотний гідроліз білків?

27.Наведіть основні функції білків в організмі.

28.Які забарвлюючі реакції визначення білків Ви знаєте?

29.Які методи кількісного визначення білків Вам відомі?

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1.с. 17 – 112

2.с. 14 – 88; с. 181 – 201; с. 349 – 399.

3.с.51 - 53

4.с. 8-12

Додаткова:

1. с. 55 – 67

4.с. 88 - 100

22

ТЕМА 2 ВУГЛЕВОДИ. БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ, ПЕРЕТВОРЕННЯ В

ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЯХ

План

1.Будова вуглеводів, класифікація, властивості

2.Перетворення вуглеводів при виробництві харчових продуктів

3.Функціональні властивості вуглеводів

4.Роль вуглеводів в організмі людини

1.БУДОВА ВУГЛЕВОДІВ, КЛАСИФІКАЦІЯ, ВЛАСТИВОСТІ

Вуглеводи є невід'ємною складовою частиною всіх клітин і тканин живих

організмів. На долю вуглеводів приходиться60-70% харчового раціону. Вони містяться переважно у рослинних продуктах.

В організмі людини і тварин вуглеводи виконують енергетичну, структурну і захисну функцію.

Термін "вуглеводи" вперше був запропонований у1844р. К.Ш.Шмідтом, професором Юрьївського університету. Ці речовини формально за складом можна розглядати як сполуки вуглецю з водою Сn (Н2О)m. Але у зв'язку з подальшими відкриттями – дезоксіцукрів і ряду інших вуглеводів(рамноза С6Н12О6), формули яких не відповідають подібному співвідношенню, термін "вуглеводи" втратив своє обґрунтування, але зберігався як історично склавшийся.

Вуглеводи ще часто називають цукрами.

Вуглеводи у відповідності з особливостями їх будови і властивостями, зокрема, за здатністю гідролізуватися з утворенням різного числа мономерів, поділяють на:

1.Моносахариди (монози, прості цукри). До них відносяться вуглеводи, які не гідролізуються з утворенням більш простих цукрів.

2.Олігосахариди (цукроподібні полісахариди) – сполуки, що гідролізуються з утворенням невеликої кількості (2-10) простих цукрів.

3.Полісахариди (нецукроподібні полісахариди) – сполуки, що гідролізуються з утворенням більшої кількості цукрів.

23

Схема класифікації вуглеводів

Вуглеводи

24

1. Моносахариди. Їм відповідає загальна формулаCnH2nOn, де n = 4,5,6,7,8 і т.д.

Залежно від числа атомів вуглецю у ланцюгу моносахариди розрізняють: триози, сполуки, що містять 3 вуглецевих атома; тетрози, сполуки що містять 4 вуглецевих атома; пентози, сполуки, що містять 5 вуглецевих атома; гексози, сполуки, що містять 6 вуглецевих атома; гептози, сполуки, що містять 7 вуглецевих атомів.

і т. д.

За наявності альдегідних або кетонних груп моносахариди поділяють на альдози і кетози

Звідси і назви:

триози – альдози (альдотриози) або кетози (кетотрози) тетрози – альдози (альдотетрози) або кетози (кетотетрози) пентози – альдози (альдопентози) або кетози (кетопентози) гексози – альдози ( альдогексози) або кетози ( кетогексози)

Більшість моносахаридів мають прямий вуглецевий ланцюг. Але є моносахариди з розгалуженим ланцюгом(апіоза – міститься у петрушці, стрептоза – міститься у стрептоміцині).

Крім гідроксильних, альдегідних і кетонних груп моносахариди містять амінні, карбоксильні і сульфігідрильні групи.

Число гідроксильних груп інколи не відповідає кількості вуглецевих атомів. Такі моносахариди називають дезоксисахарами.

Будова альдоз.

Центральне місце серед моносахаридів займає гексоза– глюкоза. Тому особливості будови альдоз розглянемо на прикладі глюкози.

Молекула глюкози містить шість вуглецевих атомів. Її елементарна формула С6Н12О6.

Глюкоза в структурі молекули має альдегідну групу і веде себе як альдегід. Нумерація вуглецевих атомів у ланцюгу починається від кінцевого карбонільного вуглецю.

25

Приведена формула глюкози називається ациклічною.

Молекули моносахаридів містять асиметричні вуглецеві атоми. В триозі він-один, в тетрозах-два, в пентозах – три, в гексозах – чотири. Ці атоми зв'язані з чотирма різними атомами і групами атомів. Тому можливе різне взаємне просторове розташування замісників біля асиметричних атомів вуглецю в молекулах моносахаридів і існування просторових ізомерів.

Кількість стереоізомерів кожного моносахарида обумовлено кількістю

асиметричних атомів і розраховується за формулою: N = 2n, де

N –число ізомерів;

n – кількість асиметричних вуглецевих атомів;

Користуючись цією формулою розраховуємо число ізомерів для альдоз. Для триоз воно – 2, тетроз – 4, пентоз – 8, гексоз – 16.

У розчинах моносахариди перебувають одночасно в ациклічній(ланцюговій) і циклічній формах з шестичленним(піранозним) або пятичленним (фуранозним) кільцем. Обидві форми є структурними ізомерами– таутомератми, оскільки перебувають у стані рівноваги:

Рівновага сильно зміщена в бік циклічної форми, у вигляді якої моносахариди вступають у реакції конденсації при утворенні полісахаридів, нуклеїнових кислот, глюкозидів та інших сполук. У кристалічному стані моносахариди мають циклічну форму.

26

Циклічна форма утворюється внаслідок переміщення водню від гідроксильної групи у четвертого чи п'ятого атома вуглецю до карбонільної; з'являється кільце і гідроксильна група у першого вуглецевого атома.

а група – ОН біля С1 – напівацитальним гідроксилом, який має підвищену

хімічну активність.

Проекційні формули Фішера Е, Коллі О., Толленса Б. не дають повного уявлення про просторове розміщення всіх частин молекули моносахарида. Щоб передати просторову конфігурацію моносахариду ангілійський дослідник Н.Хеуорс запропонував для циклічних структур моносахаридів перспективні формули. В них атоми і атомні групи, розміщені в проекційних формулах праворуч, зображають знизу площини кільця, а розміщені ліворуч, - зверху площини кільця. Атоми, що утворююють кільце, часто не пишуть, Хеуорс запропонував називати моносахариди з шестичленним кільцем піранозами, а з пятичленним фуранозами (назви походять від назв кисневмісних гетероциклічних сполук – фурану і пірану) з префіксом від назви моносахариду.

Це пояснюється тим, що для утворення кисневого містка необхідний поворот частини молекули навколо валентної осі, що з’єднує 4 і5 атоми вуглецю. Після такого повороту гідроксил з 5-го атому вуглецю займає положення, яке є

благоприємним для замикання кільця.

При замиканні цикла карбонільний вуглець стає асиметричним, що призводить до утворення двох нових стереоізомерів, які називають a і b - аномерами.

27

Глюкоза, гексоза, дестроза, виноградний цукор – такі назви має цей цу-

кор. З неї побудований крохмаль, глікоген, мальтоза, входить до складу сахарози і лактози.

Температура плавлення 1460С. Зброджується дріджами. Організмом людини легко засвоюється. Це висококалорійний харчовий продукт, який швидко відновлює енергію організму.

Використовують глюкозу у виробництві морозива, згущеного молока, консервів, в кондитерському виробництві. Використовується для синтезу аскорбінової кислоти, сорбіта і інших продуктів.

Фруктоза, плодовий сахар, левулеза, Д – арабіногексулоза. Входить до складу плодів, меду, бере участь у будові рослинних полісахаридів– фруктанів і олігоцукридів. Плавиться при температурі 1000С, вона менш стійка до температур, дії кислот, лугів, швидко піддається деструкції, наприклад при нагріванні з розчинами кислот.

В промисловості фруктозу одержують гідролізом сахарози чи фруктанів, що є в топінамбурі.

Фруктоза використовується для заміни сахарози, запобігає зацукрюванню варення, для подовження термінів зберігання булочних виробів. В організмі людини перетворюється у глюкозу.

Галактоза, цереброза. Зустрічається як у вільному вигляді так і в складі олігосахаридів (галактани, камеді і слизі). Плавиться при 1690С. Відновлює реактив Фелінга, трудніше, ніж глюкоза і маноза зброджується дріджами.

Одержують гідролізом лактози чи галактанів, що містяться у деревині, водоростях.

Ксилоза, пентоза (С5Н8О4)n – є складовою багатьох рослинних полісахаридів – пентозанів. Температура плавлення 1450С. Добре розчинна у воді.

При відновленні ксилози одержують ксиліт. Засвоюється деякими видами дріжджів.

Одержують ксилозу нагріванням геміцелюлоз які є у кукурудзі, соняшнику, бавовнику.

Використовують для одержання кормових дріжджів. Арабіноза у природі зустрічається рідко.

Вона входить до складу глікозидів, олігосахаридів, полісахаридів (камеді, слизі, арабаногалатани).

Це тверда кристалічна речовина, розчинна у воді. Температура плавлення 1580С. При окисленні дає арабанову кислоту, при відновленні - спирт арабіт.

ОЛІГОСАХАРИДИ Вуглеводи, молекули яких утворюються із двох– шести залишків моноса-

харидів, які зв'язані між собою глікозидними зв'язками. Це кристалічні, добре розчинні у воді, солодкі на смак речовини.

Серед олігосахаридів найбільше значення мають дисахариди, молекули яких побудовані із двох молекул моносахаридів.

28

ДИСАХАРИДИ Сахароза (цукроза) буряковий або тростинний цукор. Складається із за-

лишків глюкози і фруктози. Це невідновлюючий цукор, біла кристалічна речовина, добре розчинна у воді. Під впливом слабких кислот або ферментів відбувається гідроліз сахарози який дістав назву інверсії (повертання), а суміш однакових кількостей глюкози і фруктози, що утворилися після гідролізу– інвертним цукром. Міститься у цукровому буряку до 27%, стеблах сорго і соці цукрової тростини 14-26%. Це запасний вуглевод багатьох рослин. Плавиться при 1700С. При нагріванні сахароза буріє з виділенням води, утворюючи карамель.

Мальтоза або солодовий цукор. Це продукт неповного гідролізу крохмалю, що відбувається під дією амілаз. В результаті гідролізу утворюються дві молекули глюкози.

Має відновні властивості, плавиться при 1020 – 1030С, менш солодка ніж сахароза.

В промислових маштабах виробляється у вигляді патоки, яку одержують із крохмалю шляхом його гідролізу.

Патоку використовують у кондитерській, хлібопекарській промисловості, для виробництва консервів, варення, джемів і т.д.

Лактоза, молочний цукор. Міститься у молоці до 4-5,5%. Лактоза мало гідроскопічна, менш солодка ніж цукор. Використовується у фармацевтичній промисловості для виготовлення ліків.

Трегалоза зустрічається у грибах (її називають грибним цукром), а також у синьо-зелених морських водоростях. Її багато (до 18% сухої маси) у хлібопекарських дріджах. Не відновлює реактив Фелінга.

ТРИ - , ТЕТРА – І ПЕНТАСАХАРИДИ Рафіноза. Невідновлюючий цукор.

Міститься у коренях цукрового буряка в кількості 0,2 – 1,0% у перерахунку на цукрозу. Складається із галактози, глюкози і фруктози.

Стахіоза, тетрасахарид містить рафінозу плюс галактозу. Вербіоза, пентасахарид це стахіоза плюс галактоза.

Ці олігосахариди виявлені головним чином у насінні бобових: сої, чечевиці, люцерні у виці. Вважають, що вони можуть визивати у людини метиоризм.

ПОЛІСАХАРИДИ Полісахаридами називають високомолекулярні продукти поліконденсації

моносахаридів, зв'язаних між собою глікозидними зв'язками, утворюючи лінійні чи розгалужені ланцюги.

Вони можуть бути побудовані із одного чи декількох видів моносахаридів. В залежності від цього розрізняють гомо – і гетерополісахариди.

29

Крохмаль – резервний полісахарид формули (С6Н10О5)n. У великих кількостях міститься у ендоспермі зерна пшениці58-78%, кукурудзи -65-72%, рису 62-85%, картоплі до 30% і інших.

Це біла аморфна речовина, що набухає у гарячій воді з утворенням колоїдного розчину, який при охолодженні перетворюється у клейстер. З розчином йоду дає темно-синє забарвлення.

Розмір крохмального зерна коливається від 2 до 150 мкм.

Крохмаль складається із залишків глюкози і містить два полісахариди: амілозу (25%) і амілопектин (75%).

Амілоза має лінійну, нерозгалужену будову, кожна молекула якої містить від 100 до 2000 залишків глюкози. Її молекулярна маса 16000 – 324000 і більше.

Амілопектин – має розгалужену молекулу яка залежить від виду крохмалю. Середня довжина ланцюга складає 18-24 моносахаридних залишки. Молекулярна маса досягає декілька мільйонів одиниць.

Декстрини – це полісахариди з меншою молекулярною масою, ніж у крохмалю, добре розчиняються у воді, мають відновні властивості і дають забарвлення з розчином йоду.

Крохмаль не розчиняється у спирті, ефірі, хлороформі, бензолі. Частково розчиняється у лугах і розчинах солей ( Ca Cl2, солі цинка, магнія і інших металів).

30

Температура клейстеризації крохмалю 55-750С в залежності від властивостей вихідного зерна.

Ферменти, що розщеплюють крохмаль, називаються амілазами. Є a - і b - амілази.

a - амілаза (декстриногенна) при каталізі утворює декстрини і мальтозу. Вона здатна перетворити у мальтозу 80-82% крохмалю, швидко гідролізує крохмальний клейстер, на нативний крохмаль не діє.

b - амілаза (сахарогенна, або мальтогенна) гідролізує полісахарид на мальтозу.

Крохмаль широко використовується у харчових технологіях: кондитерській, хлібопекарській, м'ясній, харчоконцентратній.

Із крохмалю одержують спирт, глюкозу, декстрини, патоку. Використовують крохмаль для приготування киселів, пудингів, соусів і

інших блюд.

Глікоген, або тваринний крохмаль (С6Н10О5)n. Це білий аморфний порошок який є запасним енергетичним матеріалом у організмі тварини і людини. Глікоген, як і крохмаль, побудований із залишків глюкози; будова схожа з амілопектином, легко розчиняється у воді без утворення клейстеру. Колоїдний розчин не відновлює реактив Фелінга, дає з йодом від червоного до червонобурого забарвлення, яке втрачається при нагріванні і з'являється при охолодженні.

Глікоген міститься також у кукурудзі; молекула рослинного глікогену більш розгалужена, ніж амілопектину; він є у дріжджах і грибах.

В організмі людини всі процеси життєдіяльності, в першу чергу робота м'язів, проходять з розщепленням глікогену. Особливо багато глікогену у печінці (2-5%), м'язах (0,2-2%). В організмі людини синтезується із глюкози і відкладається в органах і тканинах, а в період між прийманням їжі розщеплюється і постачає організм глюкозою.

Целюлоза або клітковина (С6Н10О5)n – основна частина клітинних стінок. Це високомолекулярний лінійний полісахарид, що складається із залишків глюкози. Молекулярна маса 250,000 – 2.000.000. Ниткоподібні молекули целюлози, орієнтуючись паралельно одна одній, укладаються у пучки, де між ними виникають водневі зв'язки в результаті взаємодії гідроксильних груп. Певна кількість пучків з'єднуються у волокна. Ці особливості будови і є причиною нерозчинності целюлози у воді і органічних розчинниках(розчинник не може проникнути в середину пучка) та механічної міцності її волокон. Розчиняє целюлозу аміачний розчин гідроксиду міді(ІІ) (реактив Швейцера), концентрована сірчана кислота перетворює целюлозу в амілоїд(частково гідролізована целюлоза), що використовується при виготовленні пергаментного паперу.

Целюлоза майже не проявляє відновних властивостей.

Багаті целюлозою волокна бавовника, де її вміст складає 95-98%, у волокнах льону, джута, у деревині до 50% целюлози.

Целюлоза майже не засвоюється організмом людини, але засвоюється травоїдними.

31

За останні часи значно виросла цікавість до целюлози як до фізіологічно активної добавки в їжу із-за її здатності стимулювати моторику кишечника, адсорбувати хімічні токсиканти і радіонукліди.

Декстрани – це нейтральні гомополісахариди які складаються із залишків глюкози. Ці сполуки утворюють розчини надзвичайної в'язкості. Молекули декстранів сильно розгалужені.

Декстрани синтезуються із сахарози слизеутворючими бактеріями. Вони не входять до складу харчових продуктів, але є причиною їх ослизнення в процесі зберігання. При цьому декстрани відкладаються на поверхні бактеріальної клітини, утворюючи захисний шар – капсулу, у десятки разів перевищуючи розміри самої бактеріальної клітини.

Бактерії витримують температуру вище 850С, при 400С здатні розмножуватися.

На підприємствах харчової промисловості звязаних з виробництвом і переробкою сахарози, вони є небезпечними шкідниками, здатними розвиватися у застійних зонах, утворюючи вязку гелеподібну масу, відому під назвою "клейок", яка ускладнює транспортування рідких продуктів по комунікаціях і -ви кликає прямі втрати сахарози на цукрових заводах, а також при переробці меляси на спиртзаводах.

Декстранове бродіння може бути причиною псування молочних консервів, куди слизеутворюючі бактерії попадають разом з сахарозою.

Геміцелюлози – це складна суміш полісахаридів, які не розчиняються у воді, але розчинні у лужних розчинах.

Геміцелюлози входять до складу різної рослинної сировини: деревини, злаків, трав, водоростей. Їх вміст залежить від виду сировини та може досягати 38-39% (кукурудзяні стрижні, плівки вівса і т.д.).

Геміцелюлози обовязкова складова частина клітинних стінок. Продукти гідроліза геміцелюлоз: маноза, галактоза, арабіноза, ксилоза.

Геміцеллюлози поділяють на гексозани(манани і галактани) і пентозани (арабани і ксилани) (див. класифікацію полісахаридів).

1)Манани – являють собою полімерні ланцюги залишків манози. Входять до складу водоростей, деревини, хвойних дерев. Молекула містить 200 – 400 залишків манози.

2)Галактани – полісахариди, що побудовані із залишків галактози. Представник – галактан, що містить в молекулі 100 – 400 залишків галактози. До галактанів відноситься агароза –складова частина агара, має лінійну будову.

Агароза є також основним компонентом агар-агара полісахарида, що міститься у морських водоростях.

3)Арабани – полімери арабінози зі ступенем полімеризації150-200. Містяться у плодах і овочах.

4)Ксилани – містять залишки ксилози зі ступенем полімеризації50-200 ксилозних залишків. Містяться у соломі (до 25%), деревині, кукурудзяних качанах, житньому і пшеничному борошні, необмежено набухають – важлива технологічна роль.

32

Пектинові речовини (поліуроніди) – складні ефіри полігалактуронової кислоти і метилового спирту. Поліуроніди складаються із залишків галактуронової кислоти. В стінках клітин разом з геміцелюлозами виконують структурні функції, являючись цементуючим матеріалом цих стінок, об'єднують клітини в єдине ціле.

Розрізняють три основні групи пектинових речовин: пектинова кислота, пектин і протопектин.

Пектинова кислота – це ланцюг, що складається із залишків галактуронової кислоти. Більшість пектинових кислот складається з 5 – 100 залишків галактуронової кислоти.

Пектин – це пектинова кислота у якої ряд вільних карбоксильних груп утворює складні ефіри з метиловим спиртом. Пектин містить 100-200 залишків галактуронової кислоти. Молекулярна масса від20000 до 50000. Одержують пектин із цукрового буряка, цитрусових, яблук. Звязує іони металів, у присутності сахарози при рН 3-4 переходить в желеподібний стан. Ця властивість пектину широко використовується у кондитерській промисловості.

Протопектин – обєднує всі нерозчинні пектинові речовини. Він легко розкладається, переходячи у розчинну форму.

2.ПЕРЕТВОРЕННЯ ВУГЛЕВОДІВ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ

Основні перетворення вуглеводів при виробництві харчових продуктів по- в'язані з їх гідролізом, клейстеризацією крохмалю, участю у реакціях карамелізації та меланоідиноутворення.

У багатьох харчових технологіях має місце гідроліз олігосахаридів та полісахаридів. Гідроліз дисахаридів має місце при виробництві цукру. При цьому цей процес небажаний так як негативно впливає на вихід продукту і його якість.

У харчових технологіях застосовують кислотний та ферментативний гідроліз полісахаридів.

Гідроліз крохмалю під дією кислот спричиняє спочатку послаблення зв'я- зків між макромолекулами амілози і амілопектину. Це призводить до руйнування структури крохмалевих зерен і утворення гомогенної маси. Далі має місце розрив a -Д -1,4 і a -Д – 1,6 зв'язків і приєднання по місцю розриву молекули води. Кінцевим продуктом гідроліза є глюкоза, на проміжних стадіях утворюються декстрини, три – та тетрасахара, мальтоза. У розчині зростає число альдегідних груп. Кислотний гідроліз застосовують при виробництві патоки. Але при високій концентрації кислоти і високій температурі утворюються продукти термічної деградації вуглеводів, які є шкідливими.

Ферментативний гідроліз крохмалю, не крохмальних полісахаридів і сахарози детально викладено у темі 7.

Реакції дегідратації і термічної дегідратації вуглеводів: 1) каталізуються кислотами, і лугами; 2)потребують температури.

33

Реакції з розривом – С – С – зв'язків спричиняють утворення летких кислот, фуранів, спиртів, ароматичних речовин, оксиду та діоксиду вуглецю.

Пентози при дегідратації утворюють фурфурол, гексози - оксиметилфурфурол та деякі інші продукти(2-гідроксиацетилфуран, ізомальтол і мальтол). Ці речовини є ароматутворюючими речовинами. Так, фурфурол і оксиметилфурфурол утворюються при тепловій обробці фруктових соків. Ці речовини мають певну токсичність.

В залежності від умов реакції можуть утворюватись ароматичні речовини або забарвлюючі продукти. При помірному нагріванні має місце процес дегідратації з утворенням ароматичних речовин. Так, мальтол і ізомальтол мають запах печеного хліба), 2-Н-4-гідрокси-5- метилфуранон - аромат смаженого м'яса.

Утворення дигідрофуранонів, циклопентанолонів, циклогексанолонів, піронів, що мають спряжені подвійні зв'язки, які адсорбують світло певної довжини хвиль, надаючи їм коричневого кольору. Це полімери, які утворюються завдяки виникненню нових глюкозидних зв'язків.

Утворення речовин, які надають харчовим продуктам темного забарвлення, повязане з перебігом таких реакцій:

-окиснювальне потемніння або ферментативне потемніння;

-неокиснювальне потемніння - реакції карамелізації та меланоідиноутворення.

Окиснювальне потемніння не пов'язане з перетвореннями вуглеводів, а є результатом утворення меланінів за рахунок окиснення амінокислоти тирозин під впливом ферменту поліфенолоксидази. Утворення меланінів має місце під час приготування тіста, особливо житнього, зумовлює потемніння грибів, груш, яблук. Для того, щоб обмежити потемніння овочів при обробленні застосовується бланшування - короткочасна обробка парою, киплячою водою чи розчинами кислоти, солі, цукру.

Окислення альдоз може відбуватися під дією окислювачів таокис лювальних ферментів - глюкозооксидази. В залежності від умов реакції утворюються альдонові, дикарбонові та уронові кислоти. Ця реакція лежить в основі промислового способу виготовлення глюкуронової кислоти шляхом окиснення при гідролізі крохмалю. Окиснення глюкози в присутності глюкозооксидози є ефективним методом видалення кисню із соків, пива та попередження утворення пероксидів і речовин, що змінюють колір і запах продуктів.

Неокислювальне потемнення пов'язано з карамелізацією вуглеводів та реакцією меланоідиноутворення.

Карамелізація,- це комплекс реакцій , що відбуваються при нагріванні вуглеводів в присутності невисокої концентрації кислот, лугів, деяких солей, і призводять до утворення коричневих продуктів з карамельним ароматом.

Наприклад, цукор-пісок використовують для отримання "цукрового колеру". Для цього сахарозу в присутності сірчаної кислоти або кислих солей амонію нагрівають до інтенсивного забарвлення. Колер застосовують для забарвлення безалкогольних напоїв, тортів та деяких видів кондитерського тіста.

Реакція меланоідиноутворення (Майара) - це реакція утворення мелано-

ідинових пігментів внаслідок взаємодії амінокислот і редукувальних цукрів.

34

Ця реакція носить складний характер з утворенням проміжних продуктів. Самі меланоідинові пігменти не є простими речовинами, це суміш ненасичених полікарбоксильних кислот зі схожою структурою, але з різною молекулярною масою (полімери).

Високу здатність вступати у реакцію мають лізин, L- аргінін і L – гістидин, що призводить до зменшення їх вмісту у продукті.

На реакцію меланоідиноутворення впливають такі фактори:

-температура: зростання температури на 10°С збільшує швидкість реакції у 2-3 рази;

-РН середовища: найбільше потемніння має місце при рН=6, а найбільш сприятливе рН - 7,8 -9,2 , в кислому середовищі потемніння також менш значні;

-вологість: як дуже низька, так і дуже висока вологість стримує потемніння, найбільше потемніння має місце при проміжній вологості;

-іони металів: більш інтенсивне потемніння відбувається у присутності іонів міді і заліза;

-структура сахарів: здатність утворювати коричневі пігменти зменшується в ряду: для пентоз - Д -ксилоза, L- арабіноза, для гексоз - Д-галактоза , Д - маноза, Д- глюкоза, Д- фруктоза, для дисахарівмальтоза, лактоза, сахароза.

-характер амінокислоти : чим далі від карбоксильної групи розміщена аміногрупа, тим активніша дана амінокислота в реакції Майяра, тобто гамма - амінокислота активніше вступає в реакцію, ніж альфа-амінокислота; лізин за рахунок додаткової аміногрупи краще взаємодіє, ніж ізолейцин.

Реакція Майяра може бути небажаною для деяких харчових продуктів. Перебіг цієї реакції можна інгібувати, наприклад:

1)значним зменшенням вологості (для сухих продуктів), зниженням концентрації сахарів (розведенням);

2)зниженням рН, температури (для рідких продуктів);

3)можна виключити один із компонентів реакції, як правило, сахар.

Наприклад, перед сушінням яєчного порошку, щоб не з'являвся запах, додають фермент глюкозоксидазу, яка сприяє окисленню глюкози і утворенню Д - глюконової кислоти .

Ця реакція корисна ще й тим , що пероксид водню, який утворюється, знижує бактеріальну обсеміненість.

4) Хімічний спосіб інгібування реакції Майяра полягає у використанні сульфітів. В одних випадках сульфіти сповільнюють реакцію меланоідиноутворення, в інших - потемніння припиняється повністю. Оксид сірки S02 і його похідні також призупиняють реакцію потемнення в харчових продуктах, але сульфітація обмежується можливістю утворення у харчових продуктах малотоксичних компонентів.

35

Деякі інші інгібітори також неприйнятні із-за токсичності(ціаніди, гідроксиламін, гідразин, меркаптани, бромін).

Процес меланоідиноутворення має як позитивний, так і негативний вплив на якість харчових продуктів, що необхідно враховувати у різних технологіях:

1. В залежності від виду продукту утворення меланоідинових пігментів та розвиток запаху може бути бажаним або небажаним.

2. Завдяки реакції Майяра може мати місце втрата незамінних амінокислот, особливо лімітуючих , що веде до зменшення харчової цінності.

3. Є відомості, що деякі продукти реакції Майяра можуть бути мутагенними. Проте в більшості публікацій мутагенність продуктів реакції заперечується.

4. Проміжні продукти реакції Майяра мають антиоксидантну активність і стримують окислення жирних кислот, що позитивно впливає на якість в процесі зберігання харчових продуктів.

5. Утворення продуктів реакції Майяра не лише веде до втрат амінокислот, але и погіршує біологічну ефективність білків.

В цілому продукти реакцій карамелізації і меланоідиноутворення та супутні їм ароматичні речовини мають велике значення для покращення кольору та аромату харчових продуктів (хліба, кондитерських виробів, молока, безалкогольних напоїв і пива).

Зброджування вуглеводів

Спиртове бродіння здійснюється завдяки життєдіяльності дріжджів роду Saccharomyces . Сумарно спиртове бродіння описується рівнянням

С6Н1206= 2С02 + 2С2Н5ОН

Проте при спиртовому бродінні завжди в невеликих кількостях утворюються інші речовини: бурштинова, лимонна кислота, суміш амілового , ізоамілового, бутилового та інших спиртів, а також оцтова кислота, оцтовий альдегід, дикетони, гліцерин. Ці домішки негативно впливають на аромат вина, пива, горілки.

Різні цукри по-різному зброджуються дріжджами. Найлегше зброджується дріжджами глюкоза і фруктоза, повільніше - маноза, найповільніше - галактоза, пентози (ксилоза і арабіноза) дріжджами не зброджуються. Серед дисахаридів сахароза і мальтоза легко зброджуються після гідролізу відповідноb- фруктофуранозидазою і a- глюкозидазою, які містяться у дріжджах. Лактоза дріжджами не зброджується, але у разі застосування ферментуb-галактозидаза утворюється глюкоза і галактоза, які з різною швидкістю зброджуються дріжджами.

Другим видом бродіння, яке має важливе значення у харчових технологіях, є молочнокисле бродіння, що здійснюється під дією молочнокислих бактерій:

С6Н1206 = 2СН3-СНОН-СООН молочна кислота

36

3. ФУНКЦІОНАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ВУГЛЕВОДІВ

Найбільш важливі функціональні властивості монота олігосахаридів.

ґрунтуються на фізико-хімічних властивостях і полягають в наступному:

-гідрофільність (гігроскопічність);

-солодкість;

-здатність зв'язувати ароматичні речовини;

-здатність утворювати продукти неферментативного потемніння;

-структуроутворювальна здатність.

гроскопічність цукрів, яка є різною. Найбільшу гігроскопічність має фруктоза; сахароза і мальтоза мають приблизно однакову гігроскопічність, лактоза - найменш гігроскопічна. Це має негативне значення, наприклад, карамель, що містить багато редукувальних речовин, намокає у процесі зберігання, і позитивне використання інвертного сиропу, фруктових та зернових сиропів затримує черствіння кондитерських та хлібопекарських продуктів. Неочищені цукри більш гігроскопічні. Це пояснюється тим ,що домішки перешкоджують утворенню водневих зв'язків між молекулами цукрів і ОН-групи залишаються більш доступними для зв'язування води.

Цукри зв'язують ароматичні речовиниі цим самим фіксують аромати.

Особливо це важливо для летких ароматичних речовинальдегідіів, кетонів, ефірів. Дуже важливе значення це має під час сушіння. Вищу здатність зв'язувати ароматичні речовини мають дисахариди порівняно з моносахарами. Ще вищу здатність мають вуглеводи з більшою молекулярною масою, наприклад, гуміарабік. Він утворює плівку на поверхні цих речовин і перешкоджає втраті їх за рахунок окислення та випаровування. Ця властивість використовується в технології мікрокапсулювання.

У процесі неферментативного потемніння цукрів утворюються багато летких ароматутворюючих речовин. Проте в залежності від умов реакції можуть утворюватись різні продукти: так, при реакції Д-глюкози з валіном при100°С утворюється аромат житнього хліба, при 180°С -аромат шоколаду, при реакції Д -глюкози з проліном -при 100° С утворюється запах смаженого м'яса, а при 180°С - аромат хліба.

При одній і тій же температурі в залежності від амінокислоти, що взаємодіє з сахарами , утворюються різні продукти: при реакції Д - глюкози з метіоніном утворюються продукти , що мають запах картоплі, з цистеїном і цистіном - запах смаженого м'яса.

Солодкість має важливе функціональне значення. Оцінюється солодкість по відношенню до сахарози, солодкість якої приймають за100%. Найбільшу солодкість 170% має фруктоза. Її використання дає змогу зменшити кількість цукру у харчових продуктах. Крім того, фруктоза засвоюється без інсуліну, тому вироби для діабетиків готують на фруктозі. Для створення продуктів діабе-

37

тичного спрямування використовують цукрозамінники ( сорбіт, ксиліт, які є цукроспиртами), та підсолоджувачі ( сахарин, цикламати - солодкість 500 %, аспартам - солодкість 180%).

Найважливішою технологічною функцією полісахаридів у харчових продуктах є структуроутворювальна яка відіграє роль в утворенні текстури та -за безпечує твердість, крихкість, щільність, в'язкість, гелеутворення. Ці властивості пов'язані з розчинністю полісахаридів. Всі розчинні полісахариди утворюють в'язкі розчини. В'язкість залежить від розміру, форми і заряду молекул. Чим більший розмір молекули, тим більша в'язкість розчину. Молекули можуть мати заряд за рахунок іонізації карбоксильних груп, присутності поліелектролітів - ефект від цього впливу на в'язкість може бути дуже великим. Усі лінійні полімери надають більшої в'язкості розчинам порівняно з розгалуженими.

В принципі, всі полісахариди можуть бути розчиненими, оскільки містять декілька функціональних груп для утворення водневих зв'язків. Але для цього треба створювати певні умови. Наприклад, молекули целюлози нерозчинні у воді, оскільки вони мають лінійну будову і взаємодіють між собою. Амілоза і амілопектин нерозчинні в холодній воді, а в гарячій амілоза розчиняється, а амілопектин набухає.

Різні полісахариди використовують у харчових технологіях як - струк туроутворювачі.

Целюлоза. Компонент клітинних стінок, асоціюється з різними геміцелюлозами і лігніном. В процесі дозрівання і збирання рослин відбуваються структурні зміни. Під час виготовлення харчових продуктів використовують мікрокристалічну целюлозу яка застосовується як наповнювач та структуроутворювальний компонент для виготовлення низькокалорійних продуктів, для приготування загущувачів на целюлозній основі.

Найбільш широко, як загущувач, використовуються натрієва сіль карбоксиметилцелюлози (Na - КМЦ). Її отримують шляхом обробки целюлози лугом і хлороцтовою кислотою. Вона використовується як загущувач в начинках, морозиві, фруктовому желе, приправах, сирах, м'яких сирах, у хлібопекарських виробах затримує вологу і стримує черствіння, стримує ріст кристалів цукрів у кондитерських виробах. У напоях сприяє утриманню С02. Вона також є радіозахисною та комплексоутворювальною добавкою.

Шляхом алкілювання отримують інші похідні целюлози, наприклад, метилцелюлозу, яка має підвищену розчинність і добре набухає. Для неї характерними властивостями є зниження в'язкості при підвищенні температури і здатність до гелеутворення при певній температурі, (це температура 50-100°С, при якій метилцелюлоза викристалізовується). Вона виконує функції водоутримуючого компонента), може використовуватись при виробництві продуктів з їстівними оболонками.

Крохмаль. Крохмаль здатний клейстеризуватися. У холодній воді непошкоджені крохмальні зерна нерозчинні, але можуть зв'язувати воду і частково набухати. В процесі збільшення температури руйнуються міжмолекулярні зв'я- зки, звільняються місця зв'язування і утворюються водневі зв'язки. Кристаліч-

38

ність зерен зменшується. При подальшому нагріванні в присутності великої кількості води відбувається повна втрата кристалічності, втрата обрисів крохмальних зерен, тобто відбувається клейстеризація. Температура клейстеризації залежить від розмірів зерен (великі зерна клейстеризуються при меншій температурі), від зруйнованості, від виду крохмалю (кукурудзяний, картопляний, пшеничний). Під час клейстеризації зі збільшенням температури в'язкість крохмальної суспензії зростає, що пов'язано з набуханням зерен крохмалю, а потім різко падає. Останнє пояснюється розривом і дезагрегацією крохмальних зерен. В'язкість крохмальних клейстерів, швидкість клейстеризації залежить від активності води. Присутність солей, цукрів зменшують активність води і зменшують швидкість клейстеризації та обмежують її. На швидкість клейстеризації крохмалю впливають цукри, ліпіди, жирні кислоти, які зменшують швидкість набухання крохмалю, знижують в'язкість клейстерів, зменшують силу геля.

Солі у невисоких концентраціях та кислоти( в області рН -4,7) не справляють великого впливу на набухання крохмальних зерен. Швидкість набухання зростає при рН - 10, але такого значення рН у харчових продуктах немає. При низьких рН спостерігається частковий гідроліз крохмалю з утворенням -дек стринів, які не застигають. У процесі зберігання продуктів, в яких крохмаль виконує роль загущувача, може відбуватись ретроградація крохмального гелю. Цей процес пов'язаний з частковою кристалізацією клейстеру, зокрема амілози. Звільнення води, яке супроводжує ретроградацію, називається синерезисом. Така ретроградація крохмалю спостерігається при черствінні хліба. Воно пов'я- зана з асоціацією амілозних молекул , при тривалому зберіганні може мати місце і асоціація амілопектину. Для попередження цього процесу доцільно використовувати жир, який утворює комплекси з амілозою. Для виробів, де крохмаль використовують як загущувач, слід використовувати крохмалі, які практично не містять амілози, або фосфатні поперечно зшиті крохмалі.

В якості загущувачів використовують модифіковані крохмалі: попередньо клейстеризований крохмаль, модифікований кислотою, етерифікований крохмаль, окислені крохмалі. Вони мають здатність до швидкої регідратації, нижчу швидкість і температуру клейстеризації, меншу здатність до ретроградації. Окислені крохмалі використовуються в соусах, майонезах і як структуроутворювачі у виробництві хліба - як поліпшувачі окисної дії, які впливають на клейковину і підвищують реологічні властивості тіста, особливо, крохмаль окислений перманганатом калія (КМп 04).

Геміцелюлози. Основні геміцелюлози в харчових продуктах– крилани. Геміцелюлози мають велику здатність зв'язувати воду, приймають участь у формуванні структури тіста, позитивно впливають на об'єм хліба, затримують його черствіння. Як харчові волокна, вони не перетравлюються в шлунковокишковому тракті, покращують перистальтику, зв'язують (адсорбують) жовчні кислоти, зменшують рівень холестерину в крові.

Пектинові речовини. Пектин походить від грецького слова"пектос" - застиглий, желеподібний. В рослинній клітині пектин відіграє структуроутворювальну роль, а також регулює водний обмін рослин. Пектин використовується як желеутворювач при виробництві кондитерських виробів, дже-

39

мів, желе. Як харчові волокна, пектин має значення у фізіології людинипо- ліпшує перистальтику. Крім того, пектин є детоксикантом: зв'язує токсичні елементи і радіонукліди і виводить їх із організму. Тому пектин широко використовують у виробництві продуктів лікувально-профілактичного призначення.

Комплексоутворювальна здатність пектинів залежить від ступеня метоксилювання : чим нижчий ступінь метоксилювання, тим краща комплексоутворювальна здатність. Низькометоксильовані пектини (зі ступенем

Драглеутворювальна здатність пектинів залежить від:

1)ступеня полімеризації;

2)ступеня метоксилювання;

3)наявності ацетильних груп.

Чим більша молекулярна маса пектинів, тим краща желююча здатність У високоетерифікованих пектинах водневі звязки не виникають, а проявля-

ється ефект відштовхування, зумовлений близькістю метильних груп. Це приводить до збільшення розчинності. Драглеутворення високоетерифікованих пектинів може відбуватись завдяки двом факторам:

1)від додавання цукру ,який викликає дегідратацію пектинових молекул і сприяє їх з'єднанню;

2)зниження рН -середовища, що зменшує дисоціацію карбоксильних груп та електростатичне відштовхування (рНопт -3,2). В присутності високих концентрацій цукрів та кислот, що має місце в кондитерському виробництві, найкращу здатність до драглеутворення мають високополімеризовані пектини та високоетерифіковані пектини зі ступенем етерифікації більше50% . У цьому разі ни-

зькоетерифіковані пектини можуть утворювати гелі за відсутності цукру або при малому його вмісті, але необхідна присутність бівалентних катіонів, наприклад, кальцію. При цьому утворюються так звані кальцієві містки, які

низькоцукровмісних желе і джемів ,але ці гелі є крихкими та нееластичними. Ацетильні групи (-СН3-СО-) знижують драглеутворювальну здатність пек-

тинів. Так, в цитрусовому пектині міститься 0,37 % ацетильних груп, в яблучному - 0,45 %, в буряковому - 6-13%.

40

4.РОЛЬ ВУГЛЕВОДІВ В ОРГАНІЗМІ

Ворганізмі людини вуглеводи виконують цілий комплекс життєво необхідних функцій.

Найважливішими серед них слідуючі:

1.Енергетична. При змішаному типі харчування вуглеводи забезпечують понад 60% енергетичної цінності харчового раціону, тоді як за рахунок білків і жирів – лише 40%. Крім того вуглеводи, як джерело енергії, потрібні для нормального розвитку кишкової мікрофлори.

2.Пластична. Використовуються для синтезу багатьох життєво необхідних для організму людини речовин: глікогену, амінокислот, глікопротеїдів, глікозаміногліканів і інш.

3.Опірна. Глікозаміноглікани та інші вуглеводні сполуки беруть участь в утворенні органічної частини скелета, забезпечуючи його опірну функцію.

4.Регуляторна. Вуглеводи протидіють накопиченню кетонових тіл, що утворюються при окисленні жирів. Так, при порушенні обміну вуглеводів, наприклад при цукровому діабеті, розвивається ацидоз, тобто реакція міжклітинної рідини стає кислою. А клітковина, викликаючи механічне подразнення кишок, сприяє їхній перестальтиці і тим самим сприяє процесу травлення їжі.

Відчуття солодкого, яке сприймається рецепторами язика, тонізує центральну нервову систему.

5.Специфічна. Вуглеводні сполуки (гетерополісахариди) визначають антиген-

ну відмінність груп крові. Деякі вуглеводні сполуки виконують роль рецепторів у процесах звязування різних токсинів та в проведенні нервового імпульсу. До вуглеводів, які виконують специфічні функції, належить гепарин, (полісахарид побудований з глюкуронованої кислоти, глюкозаміну і залишків сірчаної кислоти), який запобігає згортанню крові в судинах, гіалуронова кислота – перешкоджає проникненню бактерій крізь клітинну оболонку, олігосахариди материнського молока, що затримують розвиток деяких кишкових бактерій тощо.

6. Запасна. Вуглеводи здатні відкладатися у вигляді глікогену в печінці та мязах (у рослин у вигляді крохмалю та фруктозанів). У печінці глікогену може накопичуватись до 10% загальної її маси (при голодуванні вміст глікогену зменшується до 0,2%.

Середня потреба у вуглеводах складає 400-500г/добу в тому числі: крохмалю 350-400 г, у моно-та дисахаридах 50-100 г (їх слід розподілити на3-4 прийоми по 20-25 г за один раз), у харчових баластних речовинах (целюлоза та пектинові речовини) – 25 г.

Недостатнє вживання солодких вуглеводів призводить до зменшення енергії в організмі, зниження тонусу ЦНС, послаблення уваги, зростання чутливості до холоду.

Надмірне вживання цукру сприяє карієсу зубів, порушенню нормального співвідношення між збуджувальними та гальмуючими процесами у нервовій системі дітей, що виявляється в їхній неврівноваженій поведінці. Надлишок цукру підтримує запальні процеси. Це нерідко відбувається при надмірному вживанні цукерок, коли в шлунку розвивається так звана розріджуюча секреція у відповідь на велику концентрацію цукру. Вживання значних кількостей цукру

41

сприяє алергізації організму, спотворює нормальні реакції, наприклад на холод: замість розширення судин, яке забезпечує нагрівання шкіри, відбувається їх звуження внаслідок чого наступає охолодження з усіма наслідками.

Рекомендована норма вуглеводів повинна бути зменшена при ряді захворювань, особливо при цукровому діабеті, ожирінні, алергіях, запальних процесах.

Співвідношення між вмістом у раціоні білків, жирів та вуглеводів залежить від віку, стану здоров’я, характеру роботи.

Наприклад, для людей, зайнятих працею, що не потребує значних фізичних зусиль, оптимальним є співвідношення білків, жирів та вуглеводів як 1:0,9:4,7.

Для осіб, зайнятих фізичною працею як1:1:5. При фізичних навантаженнях (наприклад у спортсменів) норми вуглеводів ще більш підвищені.

ПИТАННЯ ДО САМОПЕРЕВІРКИ

1.Наведіть класифікацію вуглеводів.

2.Які моноцукри мають найбільше значення в харчових технологіях?

3.Назвіть полісахариди першого порядку.

4.Яка будова полісахаридів другого порядку?

5.Назвіть найбільш важливі функціональні властивості вуглеводів.

6.Яке значення має гігроскопічність цукрів?

7.В чому проявляється структуроутворювальна дія вуглеводів?

8.Від чого залежить драглеутворювальна здатність пектинів?

9.Назвіть основні перетворення вуглеводів у харчових технологіях.

10.Поясніть механізм кислотного та ферментативного гідролізу крохмалю.

11.В яких технологіях має місце гідроліз сахарози?

12.Які реакції призводять до утворення речовин, що надають харчовим продуктам темного кольору?

13.Які фактори впливають на процес меланоідиноутворення?

14.В яких випадках реакція меланоідиноутворення є небажаною? Як можна її попередити?

15.Особливості зброджування різних вуглеводів.

16.Що таке карамелізація цукрів?

17.Перерахуйте та розкрийте функціональні властивості вуглеводів.

18.Розкрийте властивості крохмалів.

19.Розкрийте властивості пектинів.

20.Розкрийте властивості целюлози.

21.Яку роль виконують вуглеводи в організмі людини?

42

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1.с.122 – 184

2.с.501 – 594

3.с.41 – 51

4.с.16 – 21

Додаткова:

1. с.76 – 86

4. с.118 - 128

ТЕМА 3 ЛІПІДИ. БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ, ЇХ ПЕРЕТВОРЕННЯ В

ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЯХ

План

1.Будова та класифікація ліпідів, склад сирого жиру

2.Основні реакції ліпідів

3.Перетворення ліпідів у технологіях харчових продуктів

4.Біологічна цінність харчових ліпідів

5.Роль ліпідів в організмі людини

1. БУДОВА ТА КЛАСИФІКАЦІЯ ЛІПІДІВ

Ліпіди об’єднують велику групу різних за хімічною природою органічних речовин, які мають деякі спільні фізико-хімічні властивості.

Однією з таких спільних властивостей ліпідів є нерозчинність їх у воді і здатність добре розчинятися в органічних розчинниках– спирті, ефірі, хлороформі, ацетоні, бензолі і інших розчинниках.

За хімічним складом та фізико-хімічними властивостями ліпіди поділяють на дві групи: - прості і складні.

До простих ліпідів відносять ліпіди, які побудовані із залишків спиртів і вищих жирних кислот. Найпоширенішими з цієї групи ліпідів є нейтральні жири (гліцериди), стериди і воски.

43

Класифікація ліпідів

ЛІПІДИ

Група складних ліпідів характеризується наявністю в їхній молекулі крім спиртів і вищих жирних кислот фосфорної або сірчаної кислоти, азотистих речовин, вуглеводів та деяких інших компонентів. Основними представниками цієї групи ліпідів є фосфоліпіди, гліколіпіди.

Прості ліпіди

Нейтральні жири (гліцериди) – це складні ефіри трьохатомного спирту гліцерину і жирних кислот.

Утворення жирів з гліцерину та жирних кислот відбувається за слідуючою схемою:

Якщо в гліцерині всі три спиртові групи етерифіковані жирними кислота-

44

ми, то такі сполуки називають тригліцеридами, якщо дві групи - дигліцеридами і якщо етерифікована одна спиртова група - моно гліцеридами:

моногліцерид дигліцерид тригліцерид

Вищі жирні кислоти в жирах представлені головним чином насиченими і ненасиченими ациклічними карбоновими кислотами.

Більшість карбонових кислот, що входять до склау жирів, мають парне число вуглецевих атомів.

Насичені жирні кислоти

Масляна – СН3 (СН2)2 – СООН ( C40 )

Капронова – СН3(СН2)4 – СООН ( C60 )

Каприлова – СН3(СН2)6 – СООН ( C80 )

Капринова – СН3(СН2)8 – СООН ( C100 )

Лауринова – СН3(СН2)10 – СООН ( C120 ) Міристинова – СН3(СН2)12 – СООН ( C140 ) Пальмітинова – СН3(СН2)14 – СООН ( C160 )

Стеаринова – СН3(СН2)16 – СООН ( C180 )

Арахінова – СН3(СН2)18 – СООН ( C200 )

Бегенова – СН3(СН2)20 – СООН ( C220 ) Лігноцеринова – СН3(СН2)22 – СООН ( C240 )

Церотинова – СН3(СН2)24 – СООН ( C260 )

Ненасичені жині кислоти

Кротонова – СН3 – СН=СН – СООН ( C41 )

Пальмітоолеїнова – СН3 – (СН2)5 – СН=СН – (СН2)7 – СООН ( C161 ) Олеїнова – СН3 – (СН2)7 – СН=СН – (СН2)7 – СООН ( C181 ) Ерукова – СН3 – (СН2)7 – СН=СН – (СН2)11 – СООН ( C221 ) Нервонова – СН3 – (СН2)7 – СН=СН – (СН2)13 – СООН ( C241 )

Лінолева – СН3 – (СН2)4 – СН=СН – СН2 – СН=СН – (СН2)7 – СООН ( C182 ) Ліноленова – СН3 –СН2– СН=СН – СН2 – СН=СН – СН2 – СН=СН – (СН2)7

– СООН ( C183 )

Арахідонова - СН3 – (СН2)4 – (СН=СН2)3 – СН=СН – (СН2)3 – СООН ( C204 )

45

Схематично жирні монокарбонові кислоти можна представити у виглядіRСООН, де –СООН – карбоксильна група чи карбоксил, а друга R – вуглеводневий радикал.

Карбоксил являє собою функціональну групу характерну для органічних кислот. У карбоксилі формально можна розрізнити дві групи атомів– гідроксильну і карбонільну: С= О карбоніл; ОН-гідроксил.

Гідроксил і карбоніл входять до складу молекул деяких інших класів органічних речовин, в яких вони проявляють інші властивості, ніж знаходячись у складі карбоксила.

Жирні кислоти відрізняються між собою температурою плавлення і здатністю розчинятися у воді і органічних розчинниках. Збільшення числа вуглецевих атомів у молекулах насичених жирних кислот супроводжується підвищенням їх температури плавлення. Наприклад, tпл каприлової кислоти( C80 ) становить

+16°С, лауринової ( C120 ) + 43,5°С, стеаринової ( C180 ) + 69,6°С. Збільшення числа подвійних зв’язків у молекулах ненасичених жирних кислот призводить до зниження їх температури плавлення. Жирні кислоти з довгим ланцюгом практично не розчинні у воді. Їх натрієві і калієві солі утворюють у воді міцели.

Доведено, що деякі ненасичені жирні кислоти не синтезуються в організмі людини і тварин або утворюються у недостатній кількості. Тому їх називають незамінними, або есенціальними кислотами.

До таких жирних кислот відносять лінолеву, ліноленову, арахідонову та деякі інші вищі жирні кислоти. Основним джерелом наповнення ними організму людини є льняна, конопляна, кукурудзяна і соняшникова олії.

Найбільшу групу ліпідів складають ацилгліцерини, власне вони є жирами і маслами. До складу жирів входять тригіцерини, дигліцерини, моногліцерини. Тригліцерини, в основному, містять залишки різних жирних кислот, але іноді містять залишки однакових жирних кислот.

Чисті ацилгліцерини – це безбарвні речовини без смаку і запаху. Забарвлення, смак і запах природних жирів залежить від домішок.

При вилученні ліпідів із олійної сировини в олію переходить велика група супутніх жиророзчинних речовин. Ця суміш носить назву сирого жиру.

Восками називають складні ефіри вищих спиртів і вищих жирних кислот. За фізико-хімічними властивостями воски близькі до жирів. Вони більш стійки проти дії світла, окислювачів, нагрівання, складніше піддаються гідролізу.

Природні воски, крім складних ефірів, містять певну кількість вільних вищих спиртів і вищих жирних кислот, а також невелику кількість вуглеводів, барвників та пахучих речовин. Загальна кількість цих домішок може досягти 50%.

46

Стерини

Ліпіди

Фосфоліпіди

Розрізняють воски тваринного і рослинного походження. До першої групи восків відносять ланолін, спермацет і бджолиний віск. Представником рослинних восків може бути карнаубський віск. Рослинні воски відіграють важливу захисну роль, покриваючи листя і плоди тонким шаром.

Ланолін – віск, виділений із овечої вовни. Він є сумішшю ефірів жирних кислот (пальмітинової, стеаринової та інш.) і вищих спиртів (цетилового, карнаубового та ін..). Це в’язка маса буро-жовтого кольору. Ланолін досить стійкий проти дії кислот, лугів, окислювачів і служить основою для виготовлення різних кремів і мазей.

Спермацет добувають із спермацетового масла, яке є в мозку кашалота. Складний ефір цетилового спирту і пальмітинової кислоти – цетилпальмітин – є основою складовою спермацету.

Бджолиний віск виробляється восковими залозами бджіл. Його основу становить складний ефір пальмітинової кислоти і мірицилового спирту– мірицилпальмтин.

До складу бджолиного воску входять також вільні вищі жирні кислоти, вуглеводи та деякі інші речовини.

До складу простих ліпідів рослинних масел і жирів входять гліколіпіди.

47

Гліколіпідами називається велика група нейтральних ліпідів, до складу яких входять залишки моноз. Найчастіше у будові молекул гліколіпідів беруть участь Д – галактоза, Д – глюкоза, Д – маноза.

Гліколіпіди в невеликих кількостях містяться у рослинах(ліпіди пшениці, вівса, кукурудзи, соняшнику), тваринах і мікроорганізмах. Вони виконують структурні функції, беруть участь у побудові мембран, їм належить важлива роль у формуванні клейковинних білків пшениці, що визначають хлібопекарні властивості борошна.

Складні ліпіди Фосфоліпіди (фосфатиди). Характерною особливістю цієї групи ліпідів є

наявність в їх молекулі залишків фосфорної кислоти(СН3РО4) і азотистої основи. Важливими представниками фосфоліпідів є фосфатидилхоліни, фосфатидилетаноламіни, фосфотидилсерини, фосфатидилінозитини та інші.

Фосфоліпіди (фосфатиди) – обов’язкові компоненти рослин. Їх вміст у різних культурах слідуючий (в %): соя – 1,8, соняшник – 0,3, льон – 0,6, пшениця –

0,54, жито – 0,6, кукурудза – 0,9.

Вмолекулі фосфоліпідів є замісники двох типів: гідрофільні і гідрофобні.

Вякості гідрофільних(полярних) виступають залишки фосфорної кислоти і азотистої основи, а гідрофобні (неполярні) – вуглеводневі радикали.

Побудовані таким чином амфіфільні(такі, що мають подвійну спорідненість) молекули ліпідів легко орієнтуються. Гідрофобні хвости стараються попасти у масляну фазу, гідрофільні групи створюють границю розділа між водою

ігідрофільною фазою, тобто відіграють роль емульгаторів.

Взалежності від концентрації в олії фосфатиди можуть існувати у вигляді окремих молекул або створювати асоціати – міцели сферичної чи циліндричної форми. Подальше об’єднання міцел фосфатидів призводить до випадання їх в осад, утворюється так званий фуз(фосфатидна емульсія) Ця властивість використовується для очищення олій. ФУЗ може осідати самочинно, але швидкість осідання фосфатидів залежить від їх складу, температури та інш. Фосфатиди здатні набухати що прискорює їх осадження. Під час рафінування олій має місце операція гідратації, яка полягає у вприскуванні невеликої кількості гарячої води в олію – фосфатиди набухають, що прискорює осідання ФУЗу.

Серед супутніх речовин найбільше значення мають жиророзчинні пігменти (каротиноїди і хлорофіли).

Внасінні бавовнику міститься пігмент госсипол, який забарвлює бавовникову олію в темно-жовтий колір та є токсичною речовиною. Якщо госсипол не видалений рафінуванням, то під час зберігання та нагрівання він утворює низку сполук, що надають олії темного забарвлення.

Каротиноїди – це велика група червоно-жовтих пігментів, деякі з них мають провітамінну активність. Зокрема, β-каротин у живому організмі перетворюється у вітамін А. β-каротину зараз відводиться важлива роль, як антиоксиданту.

48

Стерини та їх похідні– це ациклічні речовини, які найчастіше являють собою кристалічні одноатомні спирти (стероли) та їх ефіри (стерини). Стерини входять до складу протоплазми і мембран, регулюють обмін речовин в клітині.

Холестерин виявлено у тканинах усіх тварин і в дуже малих кількостях (або зовсім відсутній), у рослинах. Він є структурним компонентом клітин, бере участь у обміні жовчних кислот, гормонів; 70-80% холестеина в організмі людини синтезується у печінці і інших тканинах.

Вміст холестерину у маслі вершковому 0,17 – 0,21%; яйцях – 0,57%, сирі –

0,28-1,61%, м’ясі – 0,06-0,1%.

Жири нестійкі при зберіганні. Вони є найбільш лабільними компонентами харчової сировини і готових харчових продуктів. Нестійкість жирів – наслідок особливостей їх хімічної будови. Перетворення ацилгліцеринів можна розділити на реакції, що протікають за участю складних ефірних груп, і на реакції за участю вуглеводневих радикалів.

2. ОСНОВНІ РЕАКЦІЇ ЛІПІДІВ

Найбільш важливими реакціями ліпідів, які мають значення в технологічних процесах є:

-гідроліз триацилгліцеринів;

-переетерефікація;

-гідрогенізація;

-окислення ацилгліцеринів.

Гідроліз триацилгліцеринів відбувається ступенево під дією кислот, лугів, ферменту ліпази з утворенням спочатку диацилгліцерину, потім моноацилгліцерину і остаточно – гліцерину і жирних кислот.

На швидкість реакції впливає будова і положення ацилів. Зі збільшенням довжини вуглеводневого ланцюга та зі збільшенням ступеня ненасиченості жирних кислот швидкість гідролізу знижується.

Процес гідролізу протікає у присутності кислотних каталізаторів(Н2SO4, сульфокислоти) при 1000С у надлишку води.

У разі відсутності каталізатора розщеплення відбувається при220-225°С під тиском 2-2,5 мПа. Швидкість реакції зростає при збільшенні вологості.

Гідроліз триацилгліцеринів використовується у техніці для одержання жирних кислот, гліцерину моно-і диацетилгліцеринів.

Гідролітичне розкладання жирів, ліпідів зерна, борошна, крупи і інших жировмісних харчових продуктів є однією з причин погіршення їх якості, ів кінцевому рахунку, псуванню.

Особливо цей процес прискорюється при підвищенні вологості і температури зберігання продуктів, активній ліпазі.

Швидкість і глибина гідролізу масел і жирів( у тому числі що містяться у сировині і готовій продукції) характеризується кислотним числом. Кислотне число – це кількість міліграмів КОН, що необхідна для нейтралізації вільних жирних кислот, що містяться в 1г масла чи жиру. Кислотне число для ряду харчових продуктів нормується стандартами і являється одним із показників, що характеризує їх якість.

49

Гідроліз ацилгліцеринів під дією ліпази протікає ступенево: спочатку утворюються диацилгілцерини (це перша стадія) і моноацилгліцерини (на другій стадії).

Реакція переетерефікації необхідна в технологіях жирів для регулювання їх властивостей. Суть її полягає в тому що відбувається обмін ацильних груп (ацильна міграція), що приводить до утворення нових ацилгліцеринів.

Тригліцериди при температурі 80-90°С у присутності каталізаторів(гліцерату натрія, етилату натрія, метилату натрія та інш.) здатні обмінюватись ацилами (переетерефікація). При цьому ацильна міграція відбувається як внутрішньомолекулярна так і міжмолекулярна.

Це призводить до змін фізико-хімічних властивостей жиру: зниження температури плавлення, твердості жиру, підвищення його пластичності. Такі жири використовують у хлібопеченні, кондитерському виробництві, при виробництві вершкового масла.

Гідрогенізація ацилгліцеринів полягає у приєднанні водню до залишків ненасичених жирних кислот. Вона застосовується для цілеспрямованої зміни жирнокислотного складу вихідного жиру та зміни його властивостей. Ця реакція відбувається при температурі 180-240°С в присутності нікелево - чи міднонікелевого каталізитора під тиском, близьким до атмосферного.

Підбираючи умови реакції, можна здійснювати вибіркове гідрування ліноленової кислоти до лінолевої, потім лінолевої до олеїнової, або навіть до стеаринової, і отримати твердий жир, який називається саломасом. Вони використовуються при виробництві маргаринів та спеціальних жирів.

Жир для вафельних та прохолоджувальних начинок має температуру плавлення 26-30°С. Складається з суміші харчового саломасу з рослинних олій з кокосовою або пальмоядровою олією.

Жир для шоколадних цукерок, глазурі повинен бути високоякісним, мати температуру плавлення 35-36,5°С, складатися з саломаси бавовникової олії.

Кондитерський жир для печива складається з суміші харчового саломасу, тваринних жирів і фосфатдних концентратів. Температура плавлення 34-36°С.

Рідкий жир для хлібопечення і для кексів містить в основному рослинні олії, частина з них гідрогенізовані.

Окислення ацилгліцеринів

Жири і олії, які містять радикали ненасичених жирних кислот, окиснюються киснем повітря. Реакція окиснення може відбуватися під дією фермента ліпоксгенази. Під час окиснення ненасичених жирних кислот

50

Загальна схема ферментативного прогоркання жирів

Тригліцерини

ліпаза

Жирні кислоти

Гліцерини ліпоксигиназа моно,- диацилгліцерини

Гідропероксиди і пероксиди жирних кислот

Вторинні продукти окислення (альдегіди, кетони і інш.)

спочатку утворюються перекиси, які прискорюють реакцію окиснення жирів. При цьому перекиси розпадаються з утворенням окисів, альдегідів та ін-

ших речовин, які надають жирам прогірклий смак і запах. Реакція окиснення є вільнорадикальною ланцюговою реакцією, тому вона прискорюється в присутності активних радикалів. Висока активність ферменту ліпази прискорює реакцію, оскільки вільні жирні кислоти окиснюються швидше, ніж ті, що входять до складу ацилгліцеринів.

Швидкість реакції окиснення залежить від низки факторів:

•від жирнокислого складузі збільшенням ступеня ненасиченості швидкість окиснення зростає;

•від вологості - зі збільшення вологості прискорюється окиснення;

•від температури та вмісту кисню - зі зростанням їх окиснення прискорюється;

•у присутності іонів металівзаліза, марганцю, міді та інш.окиснення прискорюється;

•надзвичайно великий вплив на швидкість окиснення має присутність антиоксидантів - речовин, що утворюють з вільними радикалами стабільні сполуки.

До природних антиоксидантів відноситься токофероли, сполуки фенольної

природи - кварцетин, (b-каротин) та ін. Активність антиоксидантів зростає в присутності їх синергістів, зокрема, лимонної, аскорбінової кислот, фосфоліпідів, наприклад лецитину.

Отже, рослинні олії, які містять значну кількість ненасичених жирних кислот, схильні до автоокиснення. Проте, завдяки низькій вологості (W олії = 1 %) вони не піддаються мікробіологічному псуванню і без доступу світла -мо жуть зберігатись досить довго. Найкращі умови для зберігання олій: температура - 4 - 6°С, відносна вологість - 75 %, в закритій тарі, без доступу світла. Тваринні жири за своїм хімічним складом(невеликий вміст ненасичених жирних

51

кислот) повинні мати високу стійкість при зберіганні, але вони не містять антиоксидантів, тому зберігаються погано. Найгірше зберігається маргарин, вершкове масло, комбіновані жири, тому що вони мають високу вологість16 - 35 %, містять білки і мінеральні речовини. Це сприяє розвитку мікроорганізмів та інтенсивному розвитку процесів біохімічного згіркнення.

3. ПЕРЕТВОРЕННЯ ЛІПІДІВ У ТЕХНОЛОГІЯХ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ

При приготуванні продуктів харчування, як у промисловості, так і ресторанному господарстві, в ході технологічного потоку ліпіди вихідної сировини (зерно, крупи, м'ясо і молоко, жири і масла, плоди і овочі і інш.) зазнають різних перетворень.

Значні зміни відбуваються і в ліпідному комплексі продуктів що зберігається. Все це впливає на їх склад, на харчову і біологічну ефективність готових продуктів.

З головними напрямами цих перетворень ми ознайомились у попередньому розділі: гідроліз ліпідів, окисне і біохімічне прогорання. Але у харчовій сировині, напівфабрикатах і готовій продукції вони можуть протікати одночасно, у вигляді зв’язаних між собою перетворень. У спрощеній формі це показано на схемі.

Перетворення ліпідів в технологічному процесі

Глибина і інтенсивність цих процесів залежать від хімічного складу ліпідів, характеру супутніх речовин (антиоксидантів, меланоідинів), вологості, присутності мікроорганізмів, активності ферментів, контакту з киснем повітря, від способів упаковки жиру і ряду інших факторів.

52

Завдяки низькій вологості, відсутності мінеральних речовин ліпіди не вражаються мікроорганізмами і можуть тривалий час зберігатися у темному місці.

При неправильному зберіганні вершкового, топленого коров’ячого масла, маргарину поверхня їх змінює колір, а за смаком і запахом ці жири стають схожі на сало.

Результатом цих перетворень є зменшення вмісту гідропероксидів у жирах і поява таких вторинних продуктів самоокиснення, к альдегіди (альдегідне прогорання), кетони (кетонне прогорання), оксикислоти (засалювання).

Прогорклі жири стають непридатними до використання у їжу із-за неприємного пекучого смаку і запаху. Найлегше прогоркають жири багаті ненасиченими жирними кислотами, а говяжий, барнячий і гідрогенізовані жири менше прогоркають.

На швидкість процесів, що відбуваються у жирах при зберіганні, впливає цілий ряд факторів:

а) хімічний склад жиру, який у свою чергу залежить від виду, сорту і якості вихідної сировини, способу і режиму одержання жиру, матеріалу устаткування, в якому вилучають жир із сировини, ступеня свіжості жиру, що зберігається і інш.

При рівних умовах жир, в якому більше ненасичених жирних кислот, окислюється швидше.

б) вміст в жирі натуральних антиокислювачів суттєво впливає на стійкість його при зберіганні. Так, рослинні масла, хоча і більш ненасичені, ніж тваринні жири, але багаті жиророзчинними вітамінами, мають антиокислювальні властивості, не поступаються тваринним жирам у стійкості до окислення при зберіганні;

в) вміст у жирах каталізаторів окислення, зокрема металів зі змінною валентністю, помітно знижує їх стійкість до окислення при зберіганні; справляє вплив також можливість переходу у жир металів із тари чи пакувального матеріалу;

г) підвищення температури зберігання, як правило, збільшує швидкість хімічних реакцій, тому кількість пероксидів, що утворюються при окисненні жирів, також зростає з підвищенням температури. З іншої сторони, підвищення температури, особливо до 40-45°С і вище, різко збільшує швидкість розкладання гідропероксидів з утворенням вторинних продуктів окислення;

д) оскільки зародження ланцюга окислювальних перетворень відбувається за реакцією RН+О2, то швидкість ініціювання процеса залежить від парціального тиску кисню (тобто від доступа кисню);

є) світло є ініціатором зародження ланцюга окислювальних перетворень у жирах.

Пероксисполуки у більшості токсичні для організму людини, тому використанні на харчові цілі жирів і жирових продуктів їх слід піддавати строгому контролю на вміст у них сполук пероксидного характеру.

Одним із найважливіших показників їх якості пероксиднеє число, значення якого встановлює можливість тривалого зберігання, негайного використання або неможливості використання у харчуванні людини.

53

Жирова сировина і продукти піддаються біохімічним змінам, які зумовлені діями тканинної ліпази у процесі життєдіяльності і автолізу, а також ліпази мікроорганізмів, які забруднюють продукти після вилучення, зберігання і переробки жирової сировини.

Продукти гідролізу надають сировині і продуктам неприємних органолептичних властивостей, знижуючи тим самим якість продуктів. Про інтенсивність і рівень гідролітичних процесів судять по кислотному числу–важливому показнику якості жирових продуктів.

Для стабілізації показників якості жирових продуктів слід строго дотримуватись рекомендованих умов зберігання, а також застосування консервантів: солі, антиоксидантів.

Останнім часом є популярним збагачення жировмістної сировини жиророзчинними вітамінами А,Є і каротиноїдами.

На підприємствах ресторанного господарства широко застосовується теплова обробка виробів із м’яса, риби, овочів і тіста – фритюрна жарка.

При фритюрній жарці жири піддаються досить жорсткому впливу: вони нагріваються до високих температур (160-170°С).

При цьому, до поверхні гарячого жиру є вільний доступ повітря, через шар жиру постійно проходить волога, що виділяється продуктом, при цьому жир піниться, що збільшує поверхню контакту його з повітрям; в жир попадають часточки обжарюваного продукту(якщо немає постійної фільтрації жиру) вони обвуглюються і забруднюють жир продуктами пірогенетичного розкладу.

При термічній обробці в жирах відбувається чотири основних процеси: окислення, полімерілізація, гідроліз і деструкція.

При температурі більше 200°С жири розкладаються (піроліз). При цьому різко зростає концентрація токсичних продуктів термоокислення, тому при фритюрній жарці нагрівання жирів більше 190°С не допускається.

Окислені жири затримують ріст, визивають захворювання шкіри, шлунко- во-кишкового тракту і печінки, а жири після тривалого прогрівання при 250°С і вище – розвиток злоякісних пухлин.

Швидкість змін вмісту в жирі окислених жирних кислот тісно пов’язано з поняттям про фритюрну стійкість жиру, під якою розуміють час у годинах, на протязі яких при даній температурі(зазвичай 180°С) рівень продуктів термоокислення у даному жирі досягає критичного значення (процент окислених жирних кислот, дорівнює 1) жир слід замінити.

Для стабілізації фритюрних жирів використовують хімічні, фізико-хімічні і фізичні методи.

До хімічних методів стабілізації відносять інгібіювання ланцюгової реакції окислення, зокрема використання природних і штучних антиоксидантів різної хімічної природи.

До фізико-хімічних методів відносятьвикористання таких добавок, які утворюють плівку на границі розділу фаз жир і повітря і характеризуються термостабільністю і інертністю. До таких добавок відносять кремнійорганічні полімери, наприклад поліметилсилоксанові рідини.

54

До фізичних методів відносять гальмування небажаних окислювальних і полімеризаційних процесів у фритюрі шляхом обмеження доступу повітря до поверхні гарячого жиру (наприклад, за допомогою «парової» подушки при негерметично закритій кришці, а також шляхом створення атмосфери інертних газів – діоксида вуглецю, азоту або шляхом вакуумування простору над розігрітим жиром і т.д.). Такі підходи реалізуються шляхом удосконалення конструкції жарочних апаратів.

4. БІОЛОГІЧНА ЦІННІСТЬ ХАРЧОВИХ ЛІПІДІВ

Цінність жиру визначається такими важливими показниками, як незамінність, перетравлення та всмоктування, які залежать від температури плавлення. Жири, які містять незамінну лінолеву кислоту та інші ПНЖК, мають найбільшу біологічну цінність, оскільки в організмі вони практично не синтезуються.

Важливим показником біологічної цінності жирів є їхнє перетравлення, яке визначається кількістю тригліцеридів, що всмокталися в лімфу та кров. Більшість природних жирів в організмі людини характеризується високим коефіцієнтом перетравлення.

Усмоктуваність жиру залежить від складу жирних кислот. Засвоюваність жирів з температурою плавлення, нижчою, ніж температура людського тіла, дорівнює 97—98%, якщо ж цей показник вище37 °С, то засвоюваність жирів дорівнює 90%. Жири з температурою плавлення 50—60 °С засвоюються тільки на 70—80%.

При змішаному харчуванні засвоюється 96—98% свинячого жиру, 94—98% маргарину, 93—98% вершкового масла, 86—90% соняшникової олії, 80—94% яловичого жиру.

Показниками біологічної цінності жирів є також наявність в їхньому складі вітамінів A, D, Є. Тому вершкове масло, яке містить ці вітаміни, незважаючи на низький рівень ПНЖК, є продуктом високої біологічної цінності. Воно може бути замінене тільки риб'ячим жиром, бо до його складу також входять ретинол та кальциферол.

В оліях містяться токофероли, в інших жирах вони практично відсутні. Отже, не існує природного харчового жиру, який містив би всі потрібні ліпіди. Біологічна цінність жирової частки раціону може бути забезпечена тільки відповідною сумішшю жирів.

Якість і чистоту жирів визначають фізичні та хімічні константи. До фізичних констант належать густина, температура плавлення та застигання, коефіцієнт рефракції (для рідких жирів); а до хімічних констант — числа омилення, йодне, кислотне, пероксидне та деякі інші показники.

Тверді жири сталої температури плавлення не мають. При нагріванні вони поступово переходять із твердого стану в рідкий. Однак за температурою плавлення можна розрізняти тваринні жири різного походження. Температура плавлення жиру тим менша, чим більше в його складі ненасичених жирних кислот і чим менше насичених, особливо стеаринової. Так, температура плавлення овечого жиру, який містить 62% насичених жирних кислот, вища, ніж свинячого жиру, в якому їх лише 47%.

55

Число омилення визначається кількістю міліграмів 0,1 Н розчину КОН, витраченого на нейтралізацію жирних кислот, які утворились при омиленні1 г жиру (омилення — це гідроліз жирів лугами, внаслідок цієї реакції утворюються гліцерол і солі жирних кислот — мила).

Кислотне число свідчить про наявність у жиру вільних жирних кислот, які утворилися при розщепленні його молекул. Кислотне число визначається кількістю міліграмів розчину КОН, витраченого на нейтралізацію вільних жирних кислот, що містяться в 1 г жиру.

Йодне число визначається кількістю грамів йоду, які здатні приєднуватися до 100 г жиру. Цей показник характеризує наявність у жирах ненасичених жирних кислот.

При тривалому зберіганні жири під дією сонячного світла, кисню і вологи набувають неприємного смаку і запаху. Цей процес, що відбувається внаслідок окислення і гідролізу жирів, називається згіркненням. Найлегше окислюються ПНЖК. При цьому кисень приєднується на місця подвійних зв'язків і утворюються пероксиди. Пізніше на місці колишнього подвійного зв'язку виникає розрив вуглецевого ланцюга і утворюються альдегіди й кетони з короткими ланцюгами, типу масляної кислоти, з неприємними запахом і смаком. У процесі згіркнення жирів беруть участь окислювальні ферменти бактеріального походження, зокрема ліпоксигенази.

Для запобігання окисному згіркненню жирів або продуктів, що містять жири, до них додають антиоксиданти, які затримують процес окислення. Найбільш активним антиоксидантом є вітамін .ЄЗберігання жирів у темряві, на холоді або в умовах вакууму також затримує їх окислення. Присутність металів, навпаки, прискорює окислення жирів.

Фізичні і хімічні константи жирів

56

5. РОЛЬ ЛІПІДІВ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ

Ліпіди є джерелом енергії: при окисленні в організмі 1г жиру виділяється 9 ккал.

Ліпіди виконують структурно-пластичну роль, тому що входять до складу клітинних мембран усіх тканини. Мембранні структури клітин, утворені двома шарами фосфоліпідів та білковим прошарком, містять ферменти, за участю яких забезпечуються упорядкованість потоків метаболітів у клітини та із них.

Жири є жиророзчинниками вітамінів А, Д, Є, К та сприяють їх засвоєнню. З харчовими жирами в організм надходить низка біологічно-активних речовин: фосфатиди, поліненасичені жирні кислоти, стерини та інше. Вони – носії смакових і ароматичних речовин, а також виконують роль емульгаторів.

Ліпіди, які входять до складу нервових клітин та їх відростків, забезпечують скерованість потоків нервових сигналів.

До групи ліпідів включають деякі гормони: статеві, кори наднирковиків які виконують регуляторну роль.

Ліпіди шкіри та внутрішніх органів виконують захисну функцію.

Ворганізмі людини та тварин ліпіди охороняють тіло від переохолодження

–термостатична роль, бо перешкоджають віддачі тепла, а також оберігають від механічного пошкодження.

Ліпіди, які виділяються сальними залозами, надають шкірі еластичність, охороняють її від висихання та розстрісківання.

Жирам також притаманна запасна функція– вони депонуються як запаси метаболічного «палива».

Для поповнення енергетичних витрат організму та побудови його клітинних структур у денному раціоні дорослій здоровій людині необхідно80—100 г жиру. Ця норма містить не тільки вершкове масло та олію, але й жири м'яса, риби, сиру, молока, кондитерських виробів (жири, які в них містяться, називають невидимими).

Найбагатіші на ліпіди свинина, риба, птиця, печінка, а також кондитерські вироби (шоколад, какао, тістечка). У жирній яловичині жиру міститься20%, у свинині — 30%.

Задоволення потреб організму в жирах тісно пов'язане з необхідністю одночасного забезпечення відповідною кількістю білків, вуглеводів та вітамінів.

Недостатнє надходження в організм жиру може призвести до ряду порушень функцій центральної нервової системи, послабленню імунобіологічних механізмів, патологічних змін шкіри, нирок, органів зору. При безжировій дієті у тварин припиняється ріст, зменшується маса тіла, порушуються статева функція та водний обмін, зменшується виділення стероїдних гормонів у надниркових залозах, послаблюється стійкість організму до впливу несприятливих факторів, скорочується тривалість життя.

При різкому зниженні надходження жирів із їжею погіршується засвоюва-

ність вітамінів та провітамінів, які входять до рослинної їжі (Є, К, b-каротину), зменшується енергетична цінність їжі, знижуються її органолептичні позитивні якості. Крім того, нежирна їжа недовго затримується в шлунку, внаслідок чого рефлекторно збуджується харчовий центр — виникає відчуття голоду.

57

У раціоні повинно міститися25—30 г непрогрітої олії і в такому ж вигляді 30—35 г вершкового масла або відповідної за вмістом жиру кількості сметани, вершків. Складова частина раціону — кулінарні жири. Потреба в ліпідах залежить від віку, статі, рівня добових енерговитрат. В їжі за рахунок жиру слід забезпечити 30% добової енергетичної цінності раціону.

За вмістом ПНЖК харчові жири діляться на три групи: перша — це ліпіди, які багаті на них: риб'ячий жир, а також рослинні олії(льняна, конопляна, соняшникова, бавовняна, кукурудзяна, соєва).

До другої групи належать жири із середнім вмістом ПНЖК: свиняче сало, гусячий та курячий жири.

У третій групі жирів кількість ПНЖК не перевищує 5—6%. Це — баранячий та яловичий жири, деякі види маргарину.

Особливо високою біологічною активністю вирізняється печінковий жир риб та морських ссавців.

Вважають, що потреби в ПНЖК родини омега-3 мають становити 1/8—1/10 потреби в ПНЖК родини омега-6. Тільки два види рослинної олії (соєва та оливкова) мають співвідношення цих кислот, близькі до рекомендованого.

Згідно з рекомендаціями Європейського бюро ВООЗ, насичені жирні кислоти мають становити 10%, мононенасичені — 10%, поліненасичені — 10% енергетичної цінності раціону.

Щоденна потреба в ПНЖК становить 5—10 г. Мінімальна потреба людини в лінолевій кислоті становить 4—6 г на день. Така її кількість міститься в 10—15 г соняшникової олії.

При дефіциті ПНЖК у харчуванні припиняється ріст дітей, спостерігається некротичне ураження шкіри, змінюється проникність капілярів, знижується імунітет, виникає атеросклероз.

При недостачі лінолевої кислоти в раціоні розвивається тромбоз судин. Із дефіцитом ПНЖК пов'язують виникнення злоякісних пухлин. При відсутності фосфоліпідів в їжі знижується інтенсивність всмоктування ліпідів із кишечнику.

У реальних умовах харчування часто не вистачає олії у натуральному(непрогрітому) вигляді, оскільки в рецептурах салатів, вінегретів передбачено введення її лише в кількості 3—5 г на порцію. Для задоволення добової потреби в оліях на підприємствах масового харчування слід забезпечити додаткову реалізацію розфасованих порцій.

Негативний вплив на організм має надмірне вживання жиру. Встановлено пряму залежність між надмірним вживанням жирів, особливо тваринного походження, та розвитком атеросклерозу, а також частотою виникнення раку. Небажано вживати надлишок тугоплавких жирів під час вечері, тому що вночі знижується інтенсивність надходження їх із крові до тканин, і вони можуть пошкоджувати мембрани еритроцитів та тромбоцитів, що насамперед небезпечно для літніх людей, які через атеросклероз мають схильність до утворення тромбів.

Надмірне споживання ПНЖК із раціоном може несприятливо впливати на організм, призводити до підвищення ризику автоокислення ліпідів у клітинних

58

мембранах, спричиняє захворювання печінки і нирок. Крім того, знижується активність щитовидної залози та виникає нестача вітаміну Є(ПНЖК — його антагоністи).

З метою зменшення надходження в організм жирів слід широко використовувати в харчуванні продукти з невеликим його вмістом, насамперед нежирне м'ясо, рибу, знежирене молоко та продукти їх переробки. Це особливо важливо в похилому віці, а також для осіб, які займаються розумовою діяльністю, та людей, що ведуть малорухливий спосіб життя. Населення, що зайняте важкою

фізичною працею, може в більшій кількості використовувати жирні м'ясні та молочні продукти.

Добова потреба в холестерині складає 0,5—1 г. Джерелом екзогенного холестерину є головним чином продукти тваринного походження.

При звичайному змішаному харчуванні в організм надходить у середньому0,5

гхолестерину, при багатому на жири раціоні— 1,4 г, а при бідній на жири їжі

— від 0,04 до 0,11 г.

Бета-ситостерол міститься в арахісовій, соняшниковій, соєвій, бавовняній, кукурудзяній та оливковій оліях.

Доросла людина при збалансованому харчуванні повинна одержувати5—10

гфосфоліпідів. Більша потреба в них є в осіб, які працюють в умовах зниженого барометричного тиску, недостачі 02, виконують важку фізичну або напружену розумову працю.

Фосфоліпіди містяться в основному в продуктах тваринного походження (м'ясо, печінка, мозок, жовтки яєць, сири, вершки, сметана). З рослинних продуктів значним вмістом фосфатидів характеризуються бобові та нерафінована соняшникова олія.

Упроцесі очистки(рафінування) олії втрачають багато фосфоліпідів, що знижує їхню біологічну цінність. Зміни молекул жирів під час теплової обробки залежать від температури та тривалості її впливу. Короткочасне нагрівання жиру під час смаження продуктів підвищує засвоюваність тугоплавких жирів (яловичого, баранячого), не змінює засвоюваності свинячого жиру і зменшує біологічну цінність олії та вершкового масла через нестійкість ПНЖК та вітаміну А. У зв'язку з цим для смаження слід використовувати топлене масло та сало, кулінарні жири. При тривалій тепловій обробці (більше 30 хв) відбувається не тільки руйнування біологічно активних речовин, які містяться в жирах, але й утворення токсичних продуктів окислення жирних кислот*. При нагріванні вище 200 °С та при багаторазовій тепловій обробці жири стають канцерогенними. Вміст полімерів у жирах не повинен перевищувати 1 %.

Зогляду на вищевказане на підприємствах масового харчування необхідно суворо контролювати якість жиру, який використовується для смаження продуктів, особливо у фритюрі. Продукти окислення та полімеризації жирних кислот спричиняють подразнення слизової оболонки кишечника та обумовлюють тим самим посилення перистальтики, що може бути причиною зменшення засвоюваності продуктів, особливо засмажених у фритюрі. Продукти окислення можуть накопичуватися на сковорідках та іншому посуді, де жир нагрівається. Тому необхідне їх старанне очищення після кожного приготування їжі.

59

Терміни та умови зберігання різноманітних жирів неоднакові. Олію слід зберігати в закритому посуді в темному прохолодному місці. Топлені тваринні жири тривалий час не псуються при зберіганні в холодильнику. Значно коротший термін придатності вершкового масла та маргарину, бо вони містять воду в більшій кількості, ніж інші жири. Маргарин зберігають при температурі не вище 10 °С і не довше 15 діб, вершкове масло — не довше 10 діб за тих же умов. Необхідно враховувати також те, що не слід зберігати жири поряд із продуктами, що мають сильний запах, бо вони легко вбирають сторонні запахи. Тугоплавкі жири більш стійкі до нагрівання та зберігання. Однак і вони окислюються на світлі та у вологих умовах.

ПИТАННЯ ДО САМОПЕРЕВІРКИ

1. Які речовини називаються ліпідами?

2. Назвіть основні принципи класифікації ліпідів за їхніми - фізико хімічними та біологічними властивостями.

3.Дайте коротку характеристику гліцеридам.

4.Яка залежність між жирнокислотним складом і властивостями тригліце-

ридів?

5.Напишіть формули основних видів жирних кислот, які входять до складу тригліцеридів.

6.Напишіть схему утворення жирів з гліцерину і жирних кислот.

7.З чого складається «сирий» жир?

8.Охарактеризуйте складові «сирого» жиру.

9.Гідроліз жирів: суть, умови, продукти гідролізу.

10.Переетифікація жирів: суть, умови, продукти переетерифікації.

11.Гідрогенізація жирів: суть, умови, продукти гідрогенізації.

12.Окислення: суть, умови, продукти окислення.

13.Як впливає висока термообробка на якість жирів?

14.Які методи стабілізації якості жирів Ви занєте?

15.Наведіть фактори що негативно впливають на якість жиру та розкрийте суть процесів.

16.Яку роль відіграють ліпіди в організмі людини?

17.Яке значення мають фосфоліпідіи?

18.Які функції поліненасичених жирних кислот в організмі людини?

19.Яка потреба людини в жирах?

20.Які наслідки викликають надлишок та недостача різних жирів у раціо-

ні?

60

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1.с. 187 – 220

2.с. 404 – 496

3.с.39 - 41

4.с. 12 – 15

Додаткова:

1. с. 68 – 75

4.с. 105 - 117

ТЕМА 4 МІНЕРАЛЬНІ РЕЧОВИНИ (МР)

План

1.Роль мінеральних речовин в організмі людини

2.Класифікація та характеристика окремих макро - і мікроелементів

3.Вплив технологічної обробки харчових продуктів на їх мінеральний склад

4.Методи визначення мінеральних речовин

1. РОЛЬ МІНЕРАЛЬНИХ РЕЧОВИН В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ.

МР відносяться до життєво необхідних компонентів харчування зі значними фізіологічними функціями.

Вони входять до складу живої матерії – містяться в протоплазмі і біологічних рідинах, забезпечують постійність осмотичного тиску, що є необхідною умовою нормальної життєдіяльності клітин і тканин. Вони входять до складу гемоглобіну, гормонів, ферментів, являються пластичним матеріалом для побудови костної та зубної тканини. У вигляді іонів МР беруть участь в передачі нервових імпульсів, забезпечують звертання крові та ін.

Підтримка кислотно-лужної рівноваги

Усі фізіологічні і біохімічні реакції в організмі протікають при визначеному вузькому значенні рН середовища, тобто визначеному співвідношенні (балансі) кислот і лугів в організмі. Мінеральні речовини хлор, сірка та фосфор утворюють кислотний потенціал тканин, а кальцій, калій, натрій і магній входять до складу лугів. Співвідношення цих елементів утворює відповідну кисло- тно-лужну рівновагу у крові і всередині клітин.

Кислотоутворюючі елементи переважають у складі харчів багатих білками: м'ясі, рибі, птиці, яйцях і продуктах із зерна.

61

Лужні елементи – кальцій, калій натрій, магній переважають у фруктах, овочах і горіхах.

Незважаючи на кислий смак в деяких фруктах(наприклад, цитрусових – лимонах, грейпфрутах) переважають лужні мінеральні елементи.

Молоко містить лугоутворюючий Са2+; кислоутворюючий фосфор і тому не впливає на кислотно-лужну рівновагу.

У змішаному раціоні людини є легка перевага кислоутворюючих елементів, але організм має механізм, який підтримує рівновагу.

Надлишок кислотних еквівалентів виводиться у вигляді СО через легені

2

або у вигляді легкокислої сечі через нирки.

Крім того у крові присутні буферні системи такі як карбонати, фосфати і білки, що запобігають зміні рН крові. Вугільна кислота нейтралізує луги і перешкоджає розвитку алкалозу – залуженню крові.

Таким чином маловірогідне виникнення порушень кислотно-лужної рівноваги, обумовленої їжею.

Регуляція біохімічних реакцій

Мінеральні речовини входять до складу ферментів, що каталізують багато біохімічних реакцій, в тому числі реакцій метаболізму харчових речовин. Відомо, наприклад, що цинк каталізує біля 100 реакцій. Всмоктування і перетравлювання їжі протікає за участі мікроелементів. Окислення вуглеводів, жирів і білків і одержання із макронутрієнтів енергії відбувається в реакціях які каталізуються мінеральними елементами.

МР входять до складу гормонів, ферментів та інших біологічно-активних речовин, як обов'язкові компоненти, без яких утворення цих речовин неможливе. Гормон щитовидної залози тироксин утворюється при достатньому надходженні в організм йоду.

Ферменти, які містять в якості активної групи мінеральні елементи, метали, називаються металоферментами. При відсутності мінералів ці ферменти або втрачають активність, або зовсім не утворюються.

Мінерали як складові частини тіла

Мінеральні елементи, такі як кальцій і фосфор, є основними компонентами кісток і зубів, тобто слугують матеріалом для утворення цих тканин. Від наявності цих елементів залежить ріст кісток і зубів. Другі МР також відіграють велику роль в процесах росту дитячого організму, являючись активними компонентами металоферментів, які беруть участь в одержанні енергії із основних харчових речовин.

Водяний обмін

Тіло людини на 60% складається із води. Стінками кровоносних судин і клітинних оболонок вода розділена на три частини: рідина всередині кровоносних судин (кров і лімфа), міжклітинна рідина (обмиває клітини) і всередині клітинна рідина.

Накопичення і рух рідини із однієї частини в іншу залежить від концентрації розчинених у воді мінеральних солей, які складаються із протилежно заряджених іонів. Заряджені іони розчинених мінеральних солей називаються електролітами, які утворюють відповідний осмотичний тиск. Підвищення кон-

62

центрації електролітів у рідині визиває підвищення осмотичного тиску, і рідина направляється у ту частину організму.

В нормальних умовах концентрація електролітів і рідини регулюється таким чином, що різких коливань не виникає.

Але при підвищеному вживанні солі(NaCl) спостерігається накопичення іонів натрію і хлору в позаклітинній рідині, яке призводить до накопичення в цій частині тіла води і підвищення об'єму крові і позаклітинної рідини.

Затримка води у крові викликає підвищення артеріального тиску(АТ). Так у спрощеному вигляді можна представити роль хлориду натрію в підвищенні АТ. Для зменшення АТ рекомендується обмежити вживання NaCl.

Інші функції мінеральних елементів

Мінеральні елементи беруть участь у передачі нервового імпульсу по нервовому волокну і між клітинами. В цьому процесі беруть участь калій, натрій, зміна концентрації яких генерує нервовий імпульс. В переносі нервового імпульсу між нервовими клітинами бере участь нейромедіатор ацетилхолін, звільнення якого в нервовому закінченні регулюється кальцієм.

Для нормального функціонування м'язів необхідним є кальцій, який бере участь в процесі скорочення, а також калій, натрій і магній, які необхідні для процесу розслаблення і скорочення м'язів.

2. КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ХАРАКТЕРИСТИКА ОКРЕМИХ МАКРО – І МІКРОЕЛЕМЕНТІВ

В залежності від кількості МР в організмі людини і харчових продуктах їх поділяють на макро - і мікроелементи.

До макроелементів відносять калій, натрій, кальцій, магній, фосфор,

хлор, сірка. Їх вміст складає сотні і десятки міліграмів на100 г харчового продукту.

Мікроелементи входять до складу продукту в кількостях виражених десятими, сотими і тисячними долями міліграма і є необхідними для нормальної життєдіяльності.

Мікроелементи умовно поділяють на дві групи: абсолютно чи життєво необхідні (кобальт, залізо, мідь, марганець, цинк, йод, бром, фтор) і так звані вірогідно необхідні (алюміній, стронцій, молібден, селен, нікель, ванадій та деякі інші). Мікроелементи називають життєво необхідними якщо при їх відсутності чи нестачі порушується нормальна життєдіяльність організму. Розподіл мікроелементів в організмі залежить від їх хімічних властивостей.

Наприклад, залізо є складовою частиною гемоглобіну, міоглобіну та ін. дихальних пігментів, тобто речовин які беруть участь у поглинанні і транспорті кисню в усі тканини організму; атоми міді входять в активний центр ряду ферментів і т. д.

Дія мікроелементів може бути і опосередкованою– через вплив на інтенсивність чи характер обміну речовин. Наприклад, магній, цинк, йод впливають на ріст і їх недостатнє надходження в організм гальмує нормальний фізичний розвиток людини.

63

Наприклад, молібден, мідь, манган беруть участь у репродуктивній функції і їх нестача негативно впливає на цю сторону життєдіяльності людини.

Нестача чи надлишок будь-яких МР викликає порушення обміну речовин: білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, що призводить до ряду захворювань.

Найбільш розповсюдженим наслідком невідповідності у раціоні кількості Са і Р є карієс зубів, розрідження кісткової тканини.

При нестачі фтору у питній воді руйнується зубна емаль; дефіцит йоду призводить до захворювання щитовидної залози.

Перерахуємо деякі причини порушення обміну мінеральних речовин, які можуть мати місце навіть при їх достатній кількості в їжі:

-незбалансоване харчування (недостатня чи надлишкова кількість білків, жирів, вуглеводів, вітамінів і т. д. );

-застосування методів кулінарної обробки харчових продуктів, що обумовлюють втрати МР, наприклад при розморожуванні (в гарячій воді) м'яса, риби, чи при видаленні відварів овочів і фруктів в які переходять розчинні солі;

-відсутність своєчасної корекції складу раціонів при зміні потреби організму в МР, пов'язаних з фізіологічними причинами.

Наприклад, у людей, що працюють в умовах підвищеної температури навколишнього середовища, підвищення потреб в K, Na, Cl та ін. так як більша частина яких виводиться із організму з потом;

-порушення процесу всмоктування МР в ШКТ чи підвищення втрат рідини (наприклад крововтрати).

64

2.ОСНОВНІ МІНЕРАЛЬНІ ЕЛЕМЕНТИ, ЇХ ДОБОВА ПОТРЕБА, ФІЗІОЛОГІЧНІ ЗМІНИ ПРИ НЕСТАЧІ, ХАРЧОВІ НОСІЇ

65

гкалію, за іншими даними 140 г; 62% в м'язах, дукти, курага, 11% у скелеті решта у позаклітинній рідині банани, родзи-

66

гйого участю у регуляції водно-сольового -обхліб, м'ясні та

67

МІКРОЕЛЕМЕНТИ

68

2)спотворення форм апетиту, відчуттів смаку і запаху. Хворі на цю форму можуть поїдати землю (геофагія)

3)запалення шкіри кінцівок(дерматит) та слизових оболонок порожнини рота, нігтьового ложа, облисіння та ін. При нестачі цинку погано загоюються ран, відбуваються психоемоційні розлади (апатія, депресія) у інших навпаки, підвищена збудливість, емоційне напруження, тремтіння кінцівок, порушення координації рухів.

69

70

71

3. ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ОБРОБКИ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ НА ЇХ МІНЕРАЛЬНИЙ СКЛАД

При технологічній переробці харчової сировини зменшується вміст мінеральних речовин (крім випадків з додаванням харчової солі).

При цьому частина МР втрачається з відходами. Наприклад, при одержанні круп і борошна після обробки зерна вміст МР зменшується так як у видалених оболонках і зародку цих компонентів більше, ніж у цілому зерні.

Порівняльний вміст МР в пшеничному борошні в/сорту і борошна із цільнозмеленого зерна (мг/100 г продукту)

Так, в зерні пшениці і жита вміст вільних елементів складає біля 1,7%, а в борошні в/с – 0,5%, обойному – 1,5%.

При очищенні овочів і картоплі втрачається 10-30% МР.

Якщо їх піддають тепловій кулінарній обробці, то в залежності від технології (варіння, тушкування, смаження) втрачається від 5 до 30%.

М'ясні, рибні і пташині продукти, в основному, втрачають макроелементи (Са і Р) при відділенні м'якоті від кісток.

При тепловій кулінарній обробці(варіння, смаження, тушкування) м'ясо втрачає від 5 до 50% МР. Але якщо обробку вести в присутності кісток, вміст Са можливо підвищити на 20%.

В технологічних процесах за рахунок неякісного металу устаткування в кінцевий продукт може переходити деяка кількість МЕ. Так, при виробництві хліба під час тістоприготування в результаті його контакту з устаткуванням вміст заліза може підвищуватися до30%. Це процес небажаний, оскільки із залізом можуть переходити і токсичні елементи, які є в цьому металі, устаткування

При зберіганні консервів у жерстяних банках (спаяних) в продукт можуть переходити такі токсичні елементи як свинець, олово, кадмій. Але це відбувається у разі неякісного припою, чи порушенні захисного шару лаку.

72

Слід пам'ятати, що ряд металів(Fe, Cu) навіть у невеликих кількостях можуть визвати небажане окиснення продуктів, особливо по відношенню до жирів і жировмістних продуктів.

Наприклад, при концентрації заліза 1,5 мг/кг і міді 0,4 мг/кг при тривалому зберіганні вершкового масла і маргаринів ці метали визивають їх прогоркання.

При зберіганні напоїв у присутності заліза5мг/л і міді 1 мг/л може відбутися їх потемніння.

4.МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МІНЕРАЛЬНИХ РЕЧОВИН

Для аналізу МР в основному використовують фізико-хімічні методи– оптичні і електрохімічні.

Для цього слід підготувати правильно зразок шляхом його мінералізації.

Є "суха" мінералізація – це спалювання і прокалювання зразка; "мокра" мінералізація – передбачає обробку зразка концентрованими кислотами сірчаною

(H2SO4) i азотною (HNO3).

І Спектральні методи аналізу

1.Фотометричний аналіз

2.Емісійний.

3.Атомно-абсорбційна спектроскопія

ІІЕлектрохімічні методи аналізу

1.Іонометрія

2.Полярографія

ІСпектральні методи аналізу

1.Фотометричний аналіз використовують для визначення Cu, Fe, Cr, Mn,

Ni і інших елементів.

Метод оснований на поглинанні молекулами речовини променів в ультрафіолетовій, видимій і інфрачервоних областях електромагнітного спектра.

Для цього можна проводити дослідження за допомогою фотоелектроколориметра. При цьому аналіз основано на вимірюванні поглинання забарвленими розчинами монохроматичного випромінювання видимої області спектра.

Спектрофотометрія – основана на вимірюванні поглинання монохроматичного випромінювання в ультрафіолетовій, видимій і інфрачервоній областях спектра.

2.Емісійний спектральний аналіз – оснований на вимірюванні довжини хвилі, інтенсивності і інших характеристик світла, яке випромінюється атомами

ііонами речовини у газовому стані. Цим методом можна визначити більше40 елементів.

3.Атомно-абсорбційна спектроскопія – основана на здатності вільних атомів елементів у газах полум'я поглинати світову енергію при характерних для кожного елемента довжини хвилі. Цим методом можна визначити більше 70 елементів.

ІІ Електрохімічні методи аналізу

73

1. Іонометрія служить для визначення іонів K+, Na+, Ca2+, Mn2+, F-, J-, Cl- і

ін.

Метод оснований на використанні іон селективних електролітів, мембрана яких прониклива для визначеного типу іонів.

2. Полярографія - метод змінно-струмної полярографії використовують для визначення токсичних елементів (ртуть, кадмій, свинець, мідь, залізо).

Метод базується на вивченні вольтамперних кривих, які одержані при електролізі електроокисних чи електровідновних речовин.

В якості індикаторного електрода в полярографії найчастіше використовують ртутний крапельний електрод.

ПИТАННЯ ДО САМОПЕРЕВІРКИ

1.Які хімічні елементи відносяться до макроелементів?

2.Яка роль мінеральних речовин в організмі?

3.Які нутрієнти є джерелами кислих та лужних груп у внутрішньому середовищі?

4.Яка роль кальцію, фосфору в організмі людини?

5.Навіщо організму потрібен натрій і калій? Які продукти багаті на ці макроелементи?

6.Які хімічні елементи відносять до мікроелементів і які їх функції в організмі людини?

7.Яку роль відіграє залізо та мідь в організмі людини і в яких харчових продуктах вони містяться?

8.Приведіть приклади взаємодії деяких мікроелементів і вітамінів.

9.Яка роль йоду в організмі людини?

10.Які види технологічної обробки сировини і харчових продуктів призводять до втрат мінеральних речовин?

11.Які методи визначення макро-і мікроелементів Вам відомі? 12.В чому суть методів визначення МР?

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

Основна:

1.с.223 – 244

2.с.663 – 733

3.с.32 - 37

4.с.29 – 34

Додаткова:

1.с.29 – 34

2.с.167 – 197

3.с.150 - 162

74

ТЕМА 5 ВІТАМІНИ

План

1.Терміни, поняття та класифікація вітамінів

2.Фізіологічна роль, потреби та джерела вітамінів

3.Вітаміноподібні сполуки

4.Вплив технологічної обробки на збереженість вітамінів

5.Вітамінізація продуктів харчування

1. ТЕРМІНИ, ПОНЯТТЯ ТА КЛАСИФІКАЦІЯ ВІТАМІНІВ

Вітаміни – низькомолекулярні органічні сполуки різної хімічної природи, які є біорегуляторами процесів, що протікають у живому організмі:

-забезпечення ферментативного каталізу;

-забезпечення нормального обміну речовин, підтримання гомеостазу;

-забезпечення біохімічних функцій організму.

Організм людини і тварини не синтезує вітаміни чи виробляє їх в недостатній кількості і тому вони повинні поступати з їжею в якості обов’язкових компонентів.

Потреби у вітамінах коливаються від декількох мікрограмів до декількох десятків міліграмів на день.

На відмінність від інших незамінних харчових речовин(незамінні амінокислоти, ПНЖК) вітаміни не служать пластичним матеріалом чи джерелом енергії. В обміні речовин вони переважно виступають як учасники біокаталіза (в якості коферменту) і регуляції окремих біохімічних і фізіологічних процесів.

Недостатнє вживання вітамінів неминуче приводить до порушення залежних від них ферментативних процесів і фізіологічних функцій.

За своєю функціональною роллю і механізмом дії вітаміни можуть бути розділені на три групи.

До першої багаточисельної групи входять вітаміни які функціонують в якості коферментів, їх ще називають ензимовітамінами. До цієї групи відносять: тіамін (В1, коферментна форма тіаміндіфосфат), рибофлавін ( В2, входить до складу ФМН, ФАД), вітамін В6 (піридоксальфосфат), вітамін В12 (кофермен-

До другої групи відносяться вітаміни – прогормони, активні форми яких мають гормональну активність. До них відносяться вітаміни ,Агормональна форма якого є ретиноєва кислота, і Д, який функціонує як гормон в формі 1,25 – диоксивітаміна Д.

До третьої групи відносяться вітаміни антиоксиданти: аскорбінова кислота, вітамін Є, каротиноїди: b - каротин, лікопін, лютеїн і інш.

75

Така умовність класифікації пов’язана з поліфункціональним характером роду вітамінів.

Відсутність чи нестача в організмі вітамінів викликає хвороби недостатності: гіповітамінози (хвороби в результаті тривалої нестачі) і авітамінози (хвороби в результаті відсутності чи різко вираженого глибокого дефіциту -ві тамінів).

Нестачу одного вітаміну відносять до моногіповітамінозів, а декількох –

полігіповітамінозів.

При гіповітамінозах з’являється стомлюваність, втрата апетиту, роздратованість, нестійкість до хвороб, кровоточивість ясен.

При авітамінозах з’являються хвороби, що визвані значним дефіцитом вітамінів (цинга, бері-бері, шершава шкіра).

Основна причина нестачі вітамінів в організмі людини:

-недостатнє їх поступання з їжею;

-пригніченість кишкової мікрофлори, яка продукує деякі вітаміни;

-порушення асиміляції вітамінів;

-підвищені потреби у вітамінах, пов’язані з особливостями фізіологічного стану організму чи інтенсивним фізичним навантаженням, особливими кліматичними умовами;

-природжені генетично обумовлені порушення обміну і функцій вітамінів. При вживанні вітамінів у кількостях які значно перевищують фізіологічні

норми, можуть розвиватися гіпервітамінози. Це особливо характерно для жиророзчинних вітамінів.

Так як хімічна природа вітамінів була відкрита після встановлення їх біологічної ролі, їх умовно позначили буквами латинського алфавіту(А, В, С, Д і т.д.).

По розчинності вітаміни можуть бути розділені на дві групи: водорозчинні і жиророзчинні. Одиниці виміру такі: міліграми (1 мг = 10-3 г); мікрограми (1 мкг = 0,01 мг = 10-6 г) на 1 г продукту, або міліграми вітамінів на 100 г продукту, мікрограми вітамінів на 100 г продукту.

2. ФІЗІОЛОГІЧНА РОЛЬ, ПОТРЕБИ ТА ДЖЕРЕЛА ВІТАМІНІВ

76

Водорозчинні

77