2.Органическая часть

Белки.

1. Строение и аминокислотный состав белков

2. Классификация: по степени сложности (простые и сложные); по форме молекул (глобулярные и фибриллярные); по растворимости в отдельных растворителях (водорастворимые, растворимые в слабых солевых растворах – альбумины, спирторастворимые – проламины, растворимые в щелочах – глютелины); по выполняемым ими функциям (например, запасные, скелетные и т.д.).

3. Свойства белков, используемые в технологии пищевых производств: гидратация, денатурация, пенообразование.

4. Пищевая ценность белков. Белок – наиболее важный компонент пищи. Основные источники – мясо, молоко, рыба, продукты переработки зерна.

В организме человека белки расщепляются до аминокислот, часть из них (заменимые) являются строительным материалом для создания новых аминокислот, однако имеется 8 аминокислот (незаменимые, эссенциальные), которые не образуются в организме человека, они должны поступать с пищей: валин, изолейцин, лейцин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. В белке пищи должен быть сбалансирован не только состав незаменимых и заменимых АК, но и должно быть определенное соотношение незаменимых и заменимых аминокислот, в противном случае часть незаменимых будет расходоваться не по назначению.

Биологическая ценность белка по аминокислотному составу может быть оценена при сравнении его с аминокислотным составом «идеального» белка. Для взрослого человека в качестве «идеального» применяют аминокислотную шкалу комитета ФАО – Продовольственная и сельхоз. организация ООН / ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения (см. «Справочник по химическому составу пищевых продуктов»).

Наиболее близки к «идеальному» белку животные белки. Большинство растительных белков содержат недостаточное количество незаменимых аминокислот. Например, белки злаковых неполноценны по лизину, метионину, треонину. В белке картофеля, ряда бобовых не хватает метионина и цистеина (60-70% от оптимального количества).

Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Белки молока и молочных продуктов, яйца – 96%, мяса и рыбы – 93-95%, хлеба – 62-86%, овощей – 80%, картофеля и бобовых – на 70%.

Суточная потребность взрослого человека в белке 1-1,5г на 1кг массы тела. Доля животных белков составляет ≈55%.

Ферменты – (энзимы) – сложные биологические катализаторы белковой природы, изменяющие скорость химической реакции. Часто превращение исходного сырья в готовые продукты в таких отраслях пищевой промышленности, как виноделие, пивоварение, производство спирта, хлебопечение, сыроделие, производство ряда кисломолочных продуктов, осуществляется при непосредственном участии ферментов.

Ферменты обладают высокой специфичностью по отношению к субстрату, т.е. тому соединению, превращение которого они ускоряют. Эффективность действия зависит от t° (оптимальная 30-50°), рН среды, присутствия активаторов и ингибиторов. Известно ~3000 различных ферментов. Делят на классы:

1. Оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные ферменты) – катализируют окислительно-восстановительные реакции. Например, алкогольдегидрогеназа катализирует окисление уксусного альдегида в этиловый спирт в процессе спиртового брожения; липоксигеназа окисляет кислородом воздуха ненасыщенные жирные кислоты и их сложные эфиры. В результате его действия происходит прогоркание муки и крупы. Он участвует в разрушении каротиноидов при сушке и хранении продуктов растительного происхождения.

2. Трансферазы – катализируют перенос различных групп от одной молекулы к другой (фосфорилирование, переаминирование).

3. Гидролазы – особенно важная роль в пищеварении и технологии пищевых продуктов. К ним относится большая группа протеолитических ферментов, катализирующих гидролиз белков и пептидов. Они участвуют в процессах, происходящих при переработке мяса, в хлебопечении (пепсин, химиотрипсин, аминопептидаза, карбоксипептидаза и др.). Ренин (сычужный фермент) вызывает створаживание молока (производство сыра).

Представители группы гидролаз – карбогидразы – катализируют гидролиз полисахаридов. Например, мальтаза расщепляет α-гликозидную связь в дисахаридах (мальтозе), инвертаза – расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Амилазы – группа ферментов, гидролизующих крахмал с образованием декстринов и мальтозы.

К гидролазам относится липаза, катализирующая гидролиз жиров с образованием свободных жирных кислот и глицерина (при хранении зерна, зернопродуктов, масличного и животного сырья).

4. Лиазы – катализируют расщепление C-C, C-O, C-N, C-Hal связей (декарбоксилиаза: отщепление CO от карбоновых кислот).

5. Изомеразы – катализируют структурные изменения в пределах одной молекулы органического соединения. Их используют для получения глюкозо-фруктозных сиропов.

6. Лигазы – катализируют образование С-O, C-S, C-N, C-C связей, участвуют в превращении аминокислот и в удлинении углеродной цепи органических соединений.

В настоящее время налажено промышленное производство ряда ферментативных препаратов.

Липиды – сложная смесь органических соединений с близкими физико-химическими свойствами: нерастворимость в воде (гидрофобность) и хорошая растворимость в органических растворителях (бензин, хлороформ, диэтиловый эфир и др.), наличие в их молекулах длинноцепочечных радикалов (R) и сложноэфирных (-COO-) группировок. Важный компонент пищи, во многом определяющий ее пищевую ценность и вкусовые достоинства.

Строение и классификация липидов пищевых продуктов:

– простые (не содержат N, P, S). Наиболее важны ацилглицерины (глицериды): три-, ди-, моноацилглицерины (масла и жиры). Наиболее важные кислоты: насыщенные – лауриновая С , миристиновая С , пальмитиновая С , стеариновая С ; ненасыщенные – олеиновая СН -(СН ) -СН=СН-(СН ) -СООН С ; линолевая СН -(СН ) -СН=СН-СН -СН=СН-(СН ) -СООН С ; линоленовая СН -(СН-СН=СН) -(СН ) -СООН С .В состав масла входит эруковая кислота СН -(СН ) -СН=СН-(СН ) -СООН С ; в животных жирах содержится арахидоновая СН -(СН ) -(СН-СН=СН) -(СН ) -СООН С . Окси-, кето- и другие кислоты в пищевых продуктах встречаются редко, за исключением рициновой:

в касторовом масле.

Воски – сложные эфиры высокомолекулярных одноосновных карбоновых кислот (С - С ) и одноосновных высокомолекулярных (С - С ) спиртов R-CH -OC(O)-R – в оболочках семян подсолнечника 0,2%, сои – 0,01%, риса – 0,05%.

- сложные: наиболее важные – фосфолипиды – хорошие эмульгаторы, используются в хлебопекарной, кондитерской и маргариновой промышленности.

По функции липидов в организме их делят на:

- запасные – в них основном глицериды – обладают высокой калорийностью, являются энергетическим резервом и используются организмом при недостатке питания и заболеваниях;

- структурные – фосфолипиды – образуют комплексы с белками, углеводами, из которых построены мембраны клеток, они участвуют в сложных внутриклеточных процессах.

При выделении липидов из масличного сырья в масло переходит большая группа сопутствующих им жирорастворимых веществ: стероиды, пигменты, жирорастворимые витамины и др. Извлекаемая из природных объектов смесь липидов и растворимых в них веществ называется «сырым» жиром.

Жирорастворимые пигменты – наиболее распространены каротиноиды (1) и хлорофиллы (2).

(1) – растительные красно-желтые углеводороды состава С Н , например, β-каротин

Помимо красящих свойств некоторые обладают провитаминными свойствами: распадаясь в организме, превращаются в витамин А. Выделенные из моркови, шиповника и синтетические каротиноиды используются для окраски пищевых продуктов (устойчивы к изменению рН, но легко окисляются под действием света, кислорода, окислителей).

Хлорофиллы – зеленый цвет лука, салата, укропа, некоторых масел.

Стероиды – (>20000), производные циклопентапергидрофенантрена, делят на 2 группы: 1)стерины – у С – разветвленная С-С цепь, Х=ОН, 2).сложные эфиры Х=ОR.

Наиболее распространенный из стеринов – холестерин.

О н обнаружен во всех животных липидах, в крови и яичном желтке (в растениях почти нет). Составляет 70-80% от общего содержания стеринов, синтезируется в печени (250мг на 65кг), около 20% поступает с пищей. Больше всего содержится в сырах и яйцах.

Основные превращения липидов:

-гидролиз: (под воздействием липазы) идет с образованием глицерина и жирных кислот и является одной из причин ухудшения качества продуктов и, в итоге, порчи. Ускоряется с повышением влажности, температуры, активности липазы. Количество жирных кислот (в т.ч. образовавшихся в результате гидролиза) характеризуется кислотным числом – масса (мг) КОН, необходимая для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1г жира, нормируется стандартами: масло растительное 0,4-2,25; животные 1,5; маргарины 2,0; подсолнечник 1,3-4,0; рожь 9,4-13,2; пшеница 5,1-24,4;

-переэтерификация (обмен остатками жирных кислот) – возможности для изменения свойств жира (t , пластичность и т.д.);

-гидрогенизация – меняются свойства, возрастает устойчивость к окислению;

-пищевая порча – изменяются в первую очередь органолептические свойства – прогоркание, осаливание, наличие «металлического», рыбного, сырного привкуса и т.д.

В основном различают гидролитическое и окислительное прогоркание, автокаталитическое и ферментативное. (Хранить t° = 4-6°C, без света, относительная влажность 75%).

Наиболее важные источники жиров: растительные масла (в рафинированных 99,7-99,8%), сливочное масло (61,5-82,5%), маргарин (до 82%), молочные продукты (2,5-30%), шоколад (35-40%), сыры (25-70%), свинина (в среднем 23%).

В питании имеет значение не только количество, но и химический состав липидов, особенно содержание полиненасыщенных кислот: линолевой(1), линоленовой(2), арахидоновой. 1 и 2 не синтезируются в организме, арахидоновая – синтезируется из линолевой. Поэтому они получили название «незаменимых» (прекращается рост организма, заболевания). Содержатся в растительном масле, маргарине; арахидоновая – в яйцах 0,5%, субпродуктах – 0,2-0,3%. Потребность – 4-10г в сутки.

Фосфолипиды способствуют лучшему усвоению жиров, препятствуют ожирению печени, важна их роль в профилактике атеросклероза (содержатся в печени, желтках яиц, сливках, растительном масле, бобовых).

Углеводы. В клетках живых организмов углеводы являются источниками и аккумуляторами энергии, в растениях (до 90% сухого вещества) и некоторых животных (до 20% сухого вещества) выполняют роль скелетного материала, выступают в качестве регуляторов ряда важнейших биохимических реакций. Образуют высокомолекулярные комплексы с белками и липидами, представляющие основу субклеточных структур. Входят в состав нуклеиновых кислот, участвующих в передаче наследственной информации.

Строение, классификация, свойства

- при нагревании с разбавленой HCl или H SO пентозы дают фурфурол – аромат хлеба

-дыхание – ферментативное окисление моносахаридов до СO и Н О:

C H O + 6O CO + H O

-брожение (анаэробное окисление)

C H O 2C Н OН + 2CO

В состав пищевых продуктов входят гексозы, пентозы, гликозиды – производные сахаров, молекула которых состоит из 2-х частей: сахара (обычно моносахарид) и агликона («не сахара»): остатки спиртов, ароматических соединений, стероидов. Многие из гликозидов имеют горький вкус и специфический запах, с чем и связана их роль в пищевой промышленности, некоторые обладают токсическими действиями.

Гликозид синигрин – содержится в семенах горчицы, корнях хрена (3-3,5%). Под действием ферментов гидролизуется:

Гликозид ванилина содержится в стручках ванили (до 2% на сухое вещество). В результате гидролиза образуется глюкоза и ванилин:

В косточках персика, абрикосов, вишни содержится гликозид амигдалин: сочетание дисахарида гентиобиозы и агликона, включающего остаток синильной кислоты и бензальдегида:

Полисахариды: мальтоза (солодовый), сахароза (тростниковый, свекольный), лактоза (молочный); высокомолекулярные полисахариды (несахароподобные): крахмал (C H O ) - главный компонент зерна, картофеля – смесь полимеров двух типов, построенных из остатков α-глюкопиранозы: амилазы (линейный, связь 1-4α, спиралевидное строение); амилопектин (1-4α, 1-6α, 1-3α, сферическая форма). При нагревании крахмал подвергается клейстеризации, образуя устойчивый гель.

Гликоген – животный крахмал – состоит из остатков глюкозы. Встречается и в некоторых растениях (зерна кукурузы), похож на амилопектин по строению.

Клетчатка (С Н О ) - основной компонент и опорный материал растений (хлопчатник 98%, древесина 40-50%, пшеница – 3%, рожь и кукуруза – 2,2%, подсолнечник с плодовой оболочкой – до 15%). Молекула состоит из остатков β-Д-глюкопиранозы (1-4β связь). Молекулы с помощью водородных связей объединены в мицеллы, которые нерастворимы в воде и при обычных условиях не гидролизуются кислотами. При нагревании гидролиз идет до глюкозы (можно под действием ферментативного комплекса целлюлаз – очень перспективно!).

Гемицеллюлоза – группа высокомолекулярных полисахаридов, образующих совместно с целлюлозой клеточные стенки растительных тканей. Имеют разветвленное строение, состоят из пентазонов, гексазонов и группы смешанных полисахаридов. Растворяются в щелочных растворах. Кислотный гидролиз протекает легче, чем у целлюлоз. К гемицеллюлозам иногда относят агар - смесь сульфированных полисахаридов – агарозы и агаропектина - полисахарида, присутствующего в водорослях и применяемого в кондитерской промышленности.

Пектиновые вещества – высокомолекулярные полисахариды, входящие в состав клеточных стенок и межклеточных образований совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой, лигнином. Содержатся в клеточном соке (плоды и корнеплоды). Получают из жмыха яблок, свеклы, корзинок подсолнечника. Различают растворимые и нерастворимые. Основной структурный компонент пектина – галактуроновая кислота (главная цепь). В состав боковых цепей входят L-арабиноза, Д-галактоза, рамноза. Часть кислотных групп этерифицируются метиловым спиртом, часть существует в виде солей.

При созревании и хранении плодов нерастворимые формы пектина превращаются в растворимые, с этим связано размягчение плодов при созревании и хранении. Пектиновые вещества образуют гели в присутствии кислоты и сахара в определенных соотношениях – используется как студнеобразующие вещества для производства мармелада, пастилы, желе. а также в хлебопечении, сыроделии.

Пищевая ценность углеводов

Доля в продуктах питания – 50-60% (по калорийности), в некоторых странах – до 80-85%. Основной источник углеводов в питании – это растительные продукты. Подразделяют на 2 группы: усвояемые (лучше всех фруктоза и глюкоза, затем сахароза, мальтоза, лактоза; декстрины, крахмал), неусвояемые – пищевые волокна или балластные вещества (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин).

Потребность человека в углеводах связана с его энергетическими затратами. Средняя - 365-500 г/сутки, в том числе 350-400г крахмала, моно- и дисахаридов 50-100г (3-4 приема по 20-25г), балластных веществ – до 25г, в том числе непосредственно клетчатки и пектиновых веществ – 10-15г.

Превращения углеводов в технологических процессах

-гидролиз;

-дыхание;

-брожение;

-меланоидинообразование;

-карамелизация.

Меланоидинообразование – взаимодействие восстановленных сахаров с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию темно-окрашенных продуктов – меланоидинов (реакция Майяра). Скорость и глубина протекания реакции зависит от природы реагирующих веществ, их соотношения, рН, температуры, содержания воды в продукте. Наиболее интенсивно протекает при рН>7 в высококонцентрированных растворах. Тормозят NaHSO , H O .В результате реакции образуется целый ряд соединений: карбонилсодержащие – фурфурол, оксиметилфурфурол, ацетальдегид, изовалериановый альдегид, придающие характерный аромат продукту. Изменяется цвет фруктов, вин, коньяков. В результате реакции может связываться до 25% белков, что приводит к снижению пищевой ценности (например, в готовых мясных продуктахы).

Карамелизация – наблюдается при нагревании моно- и дисахаридов при t°=100°C и выше. Происходит изменение химического состава, повышение цветности. Зависит от состава сахаров, концентрации, температуры и времени, рН.

В общем упрощенном виде схему превращения сахаров при нагревании можно представить следующим образом:

В результате карамелизации образуются: С Н О – карамелан (желтый), С Н О – карамелен (ярко-коричневый), карамелин – труднорастворимый в воде.