Тема 3. Химический состав пищевых продуктов
Продукты пищевые, которые мы потребляем, содержат различные пищевые вещества, которые делят на 2 группы: неорганические и органические.
К неорганическим веществам относят воду и минеральные (зольные) элементы. Основными веществами органического происхождения являются белки, жиры и углеводы. Органические вещества делят на нерастворимые и растворимые в воде.
К нерастворимым органическим веществам относят целлюлозу, протопектин, крахмал, нерастворимые азотистые соединения, жиры, жироподобные соединения и др.
Растворимые органические вещества включают сахара (глюкозу, фруктозу, сахарозу и т.д.), пектин, кислоты, ферменты, витамины.
В большинстве пищевых продуктов находятся то или иное количество органических и неорганических веществ. Так, молоко содержит почти все вещества, необходимые организму человека, овощи – углеводы, но мало белков и жиров.
Имеются продукты, состоящие почти целиком из одного какого-либо соединения, например, сахар, крахмал, поваренная соль.
Несмотря на большое разнообразие, пищевые продукты имеют много общего, как в химическом составе, так и в процессах, происходящих, например, во время хранения и транспортирования. Эти процессы происходят под влиянием одних и тех же факторов – влаги, температуры, света, воздуха, ферментов самих продуктов и микроорганизмов, в результате чего пищевые продукты могут быстро менять свой состав и свойства.
Вода
Вода – самое распространенное соединение в живых организмах: она составляет основную массу тела человека, животных, растений и микроорганизмов. В организме взрослого человека содержится 58 – 67 % воды, что составляет в среднем 2/3 массы его тела.
Часто воду рассматривают как инертную жидкость. На самом деле вода представляет реакционно-способное соединение, очень сильно отличающееся от других жидкостей составом и свойствами.
В
ода
и продукты ее диссоциации
(водородные и гидроксильные ионы
Н2О
Н+
+ ОН - )
определяют структуру и биологические
свойства белков, нуклеиновых кислот,
липидов и других элементов клеточных
структур.
Вода обладает высокими температурами плавления, кипения, испарения и большим поверхностным натяжением. Эти свойства обусловлены тем, что силы притяжения между молекулами воды очень велики и соответственно этому велико их внутреннее сцепление.
Молекулы воды соединяются между собой вследствие их дипольного характера и возникновения водородной связи, которая образуется между атомом водорода одной полярной молекулы и атомом кислорода другой полярной молекулы:
О ….. Н Н
О ….. Н Н О
Н Н О .…. Н Н О .…. Н Н
Водородная связь обусловлена свойствами атома водорода одной молекулы воды взаимодействовать с отрицательным атомом кислорода соседней молекулы. Водородная связь в своей молекуле является более прочной, чем с кислородом другой молекулы.
Характер расположения электронов в молекуле воды придает ей электрическую асимметрию. Более отрицательный атом кислорода стремится притянуть атомы водорода. Таким образом, молекула воды в целом представляет собой диполь, хотя и не имеет суммарного заряда. Вода является постоянной средой, в которой протекают все биохимические процессы в организме. Только в жидкой водной среде совершаются процессы пищеварения и усвоения пищи в желудочно-кишечном тракте. Вода активно участвует в реакциях обмена.
Суточная потребность взрослого человека в воде обычно составляет 2,5 – 3,0 л. Потребность организма в воде удовлетворяется разными путями.
Недостаток воды в организме приводит к усилению вязкости крови, а избыток – к усиленному вымыванию из организма солей, повышению нагрузки на сердце и почки.
Голодание переносится человеком до 21 – 35 дней и более при употреблении 300 – 400 мл воды в сутки, а при ее отсутствии – 4 – 5 дней.
Вода является основным компонентом многих пищевых продуктов и оказывает преобладающее влияние на многие показатели качества.
Пищевые продукты сильно различаются по содержанию воды. Так, в зерне и муке ее содержание 12 – 15 %, в хлебе – 23 – 48 %, в сахаре – 0,15 %, в плодах и овощах – 70 – 90 %.
Продукты с высоким содержанием воды нестойки при хранении, так как в них быстро развиваются микроорганизмы. Вода способствует ускорению химических, биохимических и других процессов в пищевых продуктах. Сырые мясо и рыба легко поражаются бактериями, а плоды и овощи – плесневыми грибами.
Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются. Так, зерно с повышенной влажностью может самосогреваться, прорастать, а если оно сухое, то может храниться годами. Свежие плоды и овощи при потере воды свыше известных пределов увядают, сморщиваются, перезревают и качество их резко снижается.
Содержащуюся в пищевых продуктах воду можно разделить, по крайней мере, на два типа: свободную и связанную.
Свободная вода – это вода, обладающая теми же свойствами, что и чистая вода. Почти вся вода пищевых продуктов находится в связанном состоянии, но удерживается тканями с различной силой. Академик Ребиндер предложил классификацию форм связи воды с материалом.
По классификации Ребиндера, формы связи влаги с материалом в порядке убывающей энергии делятся на три группы: химическую, физико-химическую, физико-механическую.
Химически связанная вода может быть связана в виде гидроксильных ионов или заключена в кристаллогидраты. Эта связь является самой прочной, и вода может быть удалена из продукта только путем химического взаимодействия или при прокаливании.
Физико–химически связанная вода делится на адсорбционно-связанную и осмотически поглощенную.
Адсорбционно-связанная вода удерживается силовым полем на внешней и внутренней поверхностях мицелл коллоидного тела. Коллоидные материалы характеризуются весьма значительной дисперсностью частиц, вследствие чего обладают огромной внутренней поверхностью, а, следовательно, и свободной поверхностной энергией, ха счет которой происходит адсорбционное связывание воды.
Осмотически поглощенная вода связывается коллоидами пищевых продуктов с высокополимерным строением и также прочно ими удерживается.
Физико-механически связанная вода удерживается в неопределенных соотношениях и обычно свободно выделяется из продуктов высушиванием или даже прессованием. Физико-механически связанную воду делят на связанную макрокапиллярами и микрокапиллярами. Капиллярную влагу можно рассматривать как свободную.
В начале 50-х годов нашего столетия появилось новое понятие «активность воды». Обозначается аw, которая выражается отношением давления паров над данным продуктом к давлению паров воды над чистой водой при одной и той же температуре.
Активность воды характеризует состояние воды в пищевых продуктах и определяет доступность ее для химических, физических и биологических реакций. Чем больше воды находится в связанном состоянии, тем меньше ее активность. Прочно связанная вода не является растворителем для других соединений, не вступает в реакцию и не служит катализатором. Низкая активность воды сдерживает развитие микроорганизмов, для каждого их вида существует нижний порог активности воды.
Пищевые продукты обладают гигроскопичностью. Под гигроскопичностью понимают свойства продуктов поглощать из окружающей атмосферы и удерживать водяные пары. Поэтому необходимо соблюдать условия хранения пищевых продуктов. Относительная влажность воздуха должна составлять при хранении муки, сушеных плодов и овощей не более 70 %, свежего картофеля – 90 – 95 %.
Питьевая вода должна соответствовать определенным требованиям: быть прозрачной, бесцветной, без запаха и постороннего привкуса, не иметь видимых глазом взвешенных частиц, иметь определенный химический состав и не содержать болезнетворных микроорганизмов (содержание кишечной полочки не более 3 в 1 л).
К воде, применяемой в производстве пищевых продуктов, предъявляются такие же требования, как и к питьевой. Но в некоторых производствах, например в ликероводочном и безалкогольных напитков, водопроводную воду К воде, применяемой в производстве пищевых продуктов, предъявляются такие же требования, как и к питьевой. Но в некоторых производствах, например в ликероводочном и безалкогольных напитков, водопроводную воду подвергают дополнительной обработке, главным образом, для ее умягчения.
Методы определения влажности. Содержание влаги (сухого вещества) в пищевых продуктах определяют прямыми и косвенными методами.
Прямыми методами из продукта извлекают влагу и устанавливают ее количество; косвенными (высушиванием, рефрактометрией, по плотности и электропроводности раствора) – определяют содержание сухих веществ (сухого остатка).
Определение влаги высушиванием до постоянной массы (арбитражный метод). Высушивание продукта производят в специальных предварительно высушенных бюксах при температуре 105 оС до тех пор, пока не установится постоянная масса остатка. Первое взвешивание производят после сушки в течение 1 – 4 часа в зависимости от свойств высушиваемого материала. Жидкие продукты высушивают с добавлением песка.
Метод высушивания до постоянной массы точен, но трудоемок и длителен, поэтому при определении содержания влаги часто прибегают к ускоренным методам высушивания при повышенных температурах. К ускоренным методам относят:
высушивание в сушильном шкафу при температуре 130 оС в течение 40 минут.
высушивание на приборе – аппарате Чижовой при температуре 160 оС в течение 5 минут.