Лекция 2-3-4-5-6 Пища и питание

Лекция 2-3-4-5-6
Пища и питание
Пища дает человеку необходимый материал для построения клеток и тканей организма. Роль
отдельных пищевых веществ в питании человека различны. Для обеспечения энергетических
затрат организма расходуется главным образом углеводы и лишь отчасти жиры и белки.
Пластические процессы протекают приемущественно засчет белков при участии жиров,
углеводов, минеральных веществ и витаминов.
Пища должна быть полноценной, то есть содержать в своем составе белки, жиры,
углеводы, витамины, минеральные вещества и воду, а по калорийности – достаточно для
покрытия энергетических затрат человека.
Белки - наиболее важные и наиболее сложные по химической структуре среди веществ
входящих в пищевые продукты. В мясе, рыбе 17-26%, бобовых - 36%, сырах – 20-36%, в яйцах – 1215%. Белки содержат C – 50-50%, Н2 – 6,5-7,3%, О2 – 21,5-23,5%, N – 15-18%, S – 0,3-2.5%
Вопрос о строении белковых веществ является одной из наиболее трудных и важных проблем
современной науки.
Белками или белковыми веществами (протеинами от греч. Protos – первый и
важнейший)называется высокомолекулярные природные полимеры, молекулы которых
построены из остатков аминокислот. Каждый белок обладает своей, присущей ему
последовательностью расположения аминокислотных остатков.
Аминокислоты – это гетерофункциональные соединения. В молекуле аминокислоты
содержится несколько функциональных групп: аминогруппа – NH2, карбоксильная группа COH и
радикалами R. Белки составляют основу биомембраны, важнейшей составной части клетки и
создают определенную, свойственную только данному белку простанственную структуру.
Формула простой аминокислоты R-CH-COOH
NH2
Строение белков
N H2N-CH-C-OH-xH2O
NH2 – это аминогруппа в молекуле аминокислоты обладает основными свойствами, а
карбоксильная группа СООН является кислотной, следовательно аминокислоты в водных
растворах ведут себя как типичные амфотерные соединения. Поэтому аминокилсоты в пищевых
системах играют роль буферных веществ, поддерживающих определенную концентрацию
водородных ионов.
Характер радикалов R имеет большое значение в пространственном строении белков.
Таким образом, белки представляют собой продукты поликонденсации аминокислот.
Полипептидные цепи белков строятся из десятков и сотен молекул, причем ни одной, а разных
аминокислот, что приводит к огромным многообразованию комбинаций аминокислотных
остатков полипептидных цепях.
Классификация:
В зависимости от:
1. Степени сложности различают две основные группы веществ:
а) протеины, или простейшие белки
б) сложные белки
2. Формы молекул белков, они подразделяются на глобулярные(округлой, эллипсоидной формы,
растворимые в воде; ячный белок, белок молока) и фибриллярные(в виде волоконец белок мяса,
клейковины)
3. Биологических функций. Белки выполняют функции: каталитические, регуляторные,
структурные, двигательные, защитные, запасные и другие функции.
Свойства.
1.Белки-амфотерные электролиты.При определенном pH(4.6-4.7) изоэлектрическая точка-число
положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка одинаково.Это основная константа
белков.В этой точке белки электронейтральны,а их вязкость и растворимость наименьшая.Эта
способность белков снижать растворимость при достижении электронейтральности широко
используется для выделения их из растворов, например производство творога, сыра.
2. Гидратация – замес теста.
Белки связывают воду, т.е. проявляют гидрофильные свойства. При этом они набухают,
увеличивается их масса и объем. Набухание белки сопровождается его частичным растворением.
Гидрофильность отдельных белков зависит от их строения. Имеющиеся и расположенные на
поверхности белковой макромолекулы гидрофильной – СО-NH-, аминные – NH2 и карбоксильные
-СООН группы притягивают к себе молекулы воды, строго ориентируя их на поверхности молекул.
Образованная гидратная(водная) оболочка препятствует агрегации, а следовательно,
способствует устойчивости растворов белка и препятствует его осаждению.
В изоэлектрической точке белки обладают наименьшей способностью связывать воду, просиходит
разрушение гидратной оболочки вокруг белковых молекул, поэтому они соединяются образуя
крупные агрегаты. Агрегация белковых молекул происходит при их обезвоживании с помощью
некоторых органических растворителей, нагр. C2H5OH. Это приводит к выпадению их в осадок.
При изменении рН сферы макромолекулы белка становятся заряженными и его гидратационная
способность меняется. При ограниченном набухании концентрированные белковые растворы
образуют сложные системы, называемые студнями. Студни не обладают текучестью, они упругие
обладают пластичностью, определенной механической прочностью, способны сохранять свою
форму.
3. Денатурация – особенно широко тепловая.
При тепловой денатурации химический состав белка, не меняется, а изменяются физ. св-ва белка
снижается растворимость, способность к гидратации, теряется его биологическая активность,
меняется форма белковой макромолекулы, происходит агригирование. Примеры – выпечка
хлеба, сушка макаронных изделий, сушка молока, сливок, яичного порошка и т.д.
4. Пенообразование – способность белков образовывать высококонцентрированные системы
жидкость-газ. Такие системы называют пенами.
Пример – производство пастилы, зефира, суфле
5. Гидролиз белков. Протекает ступенчато под действием ферментов.
Белок -> Пептоны -> полипептиры -> дипептиры -> аминокислоты.
6. Меланоидинообразование – вз. аминогруппы белков с карбонильными группами сахаров
процессы обжаривания, сушки.
Углеводы –
широко распространены в природе органические вещества. Они
составляют значительную часть растительных тканей (80-90% сухого вещества) и всегда
содержатся в тканях животных (не более 2%)
Источником углеводов служат главным образом продукты растительного происхождения – хлеб,
крупа, картофель, овощи, фрукты, ягоды.
Потребность взрослого человека, занятого умственным трудом 400-500 грамм в день ,
физическим трудом, спортом 600г и более.
В пище человека углеводы преобладают. Они являются основным источником необходимой
организму энергии(при окислении в организме 1г углеводов освобождается 4.1 ккал тепла).
Молекулы простых углеводов построены из неразветвленных углеродных цепей, содержащих
различное число атомов углерода. У атомов углерода расположены гидроксильные группы, а
одна из них окислена до альдегидной или кетонной группы.
В соединении с белками и липидами углеводы образуют сложные высокомолекулярные
комплексы, представляющие основу живой материи. Они входят в состав природных
биополимеров – нуклеиновых кислот, участвующих в передаче наследственной информации.
Углеводы разделяют на простые и сложные.
Простые сахара – монозы – моносахариды CnH2nOn
Сложные сахара – полиозы – полисахариды (С6Н12О6 - глюкоза)
Сахароподобные(С12Н22О11)
Не сахароподобные(С6Н10О5)
Моносахариды – бесцветные твердые вещества, хорошо растворимы в воде и значительно
труднее в спирте. Из насыщенные водных растворов выделяются в виде крупных красивых
кристаллов.
Процесс растворения моносахаридов в воде сопровождается своеобразным оптическим
эффектом. Он заключается в том, что угол вращения свежеприготовленного раствора
моносахарида при стоянии постепенно изменяется(возрастает или уменьшается), пока не
достигнет некоторой постоянной величины, характерной для данного моносахарида.
Это явление долгое время не находило объяснения. Лишь после того, как было установлено, что
кристаллические моносахариды представляют собой внутренние циклические полуацетали
многоатомных оксиальдегидов или оксикетонов, стало очевидным, что это явление обусловлено
таутомерными превращениями, а само явление – мутаротации.
Н
О
С
Н-С-ОН
Н-С-ОН
Н2СОН
С=О
Н-С-ОН
Н-С-ОН
Н-С-ОН
Н-С-ОН
Н2-С-ОН
Альдогексоза
Н-С-ОН
Н2-С-ОН
кетогексоза
Большую роль играют моносахариды в процессе брожения. Брожением называют расщепление
сахаров под влиянием биологических катализаторов-ферментов, вырабатываемых в процессе
жизнедеятельности различными микроорганизмами.
Процессы брожения протекают сложными путями – через ряд промежуточных продуктов.
1. Спиртовое брожение в производстве спирта, вина, хлебобулочных изделий, образуется
побочные продукты: глицерин, янтарная кислота, уксусная кислота, изоамиловый и
изопропиловый спирт.
С6Н12О6->2С2Н5ОН+2СО2
2. Маслянокислое брожение
С6Н12О6->СН3-СН2-СН2-СООН+2Н2+2СО2
3. Молочнокислое брожение(простокваши…квашеная капуста)
С6Н12О6  2CН3-СН-СООН
ОН
молочная кислота
4. Лимоннокислое брожение
ОН
С6Н12О6 + 3О  НООС – СН2-С-СН2-СООН+2Н2О
СООН
Полисахариды (сложные углеводы)
Молекулы полисахаридов построены из различного числа остатков моноз, в зависимости от этого
их делят на:
- низкомолекулярные;
- высокомолекулярные.
Из низкомолекулярных особое значение имеют дисахариды, молекулы которых построены из
двух одинаковых или разных остатков моноз.
Мальтоза(солодовый сахар). Молекула состоит из 2х остатков глюкозы. Она содержится в
проросшем зерне, особенно в больших количествах в солоде и солодовом экстракте. Мальтоза
образуется при неполном гидролизе крахмала. Она является одним из основных компонентов
крахмальной патоки, широко используемой в пищевой промышленности. При гидролизе
образуются 2 молекулы глюкозы:
С12Н22О11 + Н2О  2С6Н12О6
мальтоза
глюкоза
Этот процесс играет большую роль в пищевой технологии, например при брожении теста как
источник сбраживаемых сахаров.
Сахароза(тростниковый, свекловичный сахар)
При ее гидролизе образуется глюкоза и фруктоза
Процесс инверсии
Инвертный сахар
С12Н22О11 + Н2О  C6H12O6 + C6H12O6
глюкоза
фруктоза
В сахарной свекле ее содержится от 15-22%, в сахарном тростинке 12-15%.
В картофеле 0,6%, луке 6,5%, моркови 3,5%, свекле – 8,6%, дыне 5,9%, абрикосах и персиках – 6%,
винограде 0,5%
При нагревании выше температуры плавления (160-180ОС) сахароза карамелизуется, т.е.
превращается в смесь сложных продуктов:
Карамелана С24Н36О18, карамелена С36Н50О25 и других, теряя при этом воду. Эти продукты под
названием «колер» используют при производстве напиткови в коньячном производстве для
окраски готовых продуктов.
Лактоза (молочный сахар). Ее содержится 4-6% в молоке. Ее получают из молочной сыворотки.
Она гидролизуется с последующим сбраживнием в молочную кислоту (молочнокислое
брожение). Молекула лактозы состоит из остатков галактозы и глюкозы.
Свойства углеводов
1. Карамелизация
Перекристализированная из воды сахароза представляет собой красивые кристаллы с Тпл
160ОС, при нагревании выше Тпл она частично разлагается, выделяя воду и превращаясь в
буроватую некристаллизующуюся массу – так называемых карамель.
2. Гидролиз
Процесс гидролиза сахарозы, сопровождающийся получением смеси равных количеств
глюкозы и фруктозы называется инверсией, а эту смесь инвертным сахаром.
3. Брожение
Брожением называют расщепление сахаров под влиянием биологических катализаторовферментов, вырабатываемых в процессе жизнедеятельности различными
микроогранизмами. Процессы брожения протекают сложными путями – через ряд
промежуточных продуктов.
Жиры.(липиды)
Жиры служат вторым по значению после углеводов источником энергии для нашего
организма.В рационе здорового человека они должны покрывать около 30% энергозатрат.
При окислении в организме 1г. жиров выделяются 9.3 ккал тепла.
Степень усвоения жиров колеблется от 80-90% и зависит во многом от температуры их
плавления. Жиры с температурой плавления выше температуры нашего тела имеют,как
правило, более низкую степень усвоения.
Потребление жиров для взрослого человека рекомендуется в пределах от 80-145г в день,в
том числе растительных 20-25г ,полиненасыщенных жирных кислот 3-6г.
По химическои природе жиры представляют собои триглицериды-смеси сложных эфиров
высших карбоновых кислот и трехатомного спирта глицерина.
Строение жиров может быть выражено следующей формулой:
СН2-О-C-R’
O
CH-O-C-R’’
O
CH2-O-C-R’’’
O
В настоящее время из жиров выделено несколько десятков разнообразных предельных и
непредельных кислот(до 300 карбоновых кислот). Из предельных высших жирных кислот
наиболее важны: пальмитиновая кислота С15Н31СООН и стеариновая С17Н35СООН. Из
непредельных кислот в жирах чаще всего встречается олеиновая кислота С17Н33СООН (с
одной двойной связью); очень важны также линолевая кислота С17Н31СООН (с двумя
двойными связями) и линолевая кислота С17Н29СООН(с тремя двойными связями),
арахидоновая кислота.
Линолевая, линолевая и арахидоновая кислота не синтезируются в организме в
достаточном количестве и относятся к незаменимым(эссенцальным) факторам питания,
биологическое значение которых приравнивается к витаминам.
Температуры плавления жиров зависят от того, какие кислоты кислоты участвуют в
образовании входящих в их состав глицеридов. Жиры, содержащие преимущественно
остатки предельных кислот имеют наиболее высокие Тпл и представляют собой твердые
или мазеобразные вещества. Жиры, в составе которых содержатся остатки непредельных
кислот – жидкости с более низкими Тпл. Жиры классифицируют в зависимости от природы
их происхождения на жиры животные и растительные.
Твердые растительные масла – кокосовое, масло какао, пальмитиновое.
Жидкие растительные масла – подсолнечное, конопляное, кукурузное, маковое, соевое
масло, арахисовое, хлопковое, оливковое.
Показатели
Физико-химические показатели качества жира
Определяемое св-во жира
Примечания
Физические
1. Коэффициент преломления
Присутствие в жире некоторых
функциональных групп
2. Оптическая плотность при
длине волны 232-234нм.
Присутствие соединений с
сопряженными двойными
связями
(-СН=СН-СН=СН-
Температура плавления и
застывания
Содержание насыщенных и
ненасыщенных жирных кислот
Вязкость
Содержание продуктов
полимеризации
Н
-С-ОН
-С=О
О
-С
и т.д.
ОН
Эти соединения очень
реакционноспособны и имеют
склонность к реакциям
дальнейшего окисления и
полимеризации
Тпл говяжий жир 42-52
Бараний 44-55
Свиной 28-42
Жир дом птицы 26-42
Вязкозть жира влияет на
впитывание его продуктами
Химические
Кислотное число
Содержание в жире свободных
жирных кислот
Стандартные значение к.ч. для
животных жиров 1,2-3,5 для
кухонных и кулинарных 0,4-1,5
Для растительного масла 0,32,25мг КОН
Подсолнечное масло 1,3-1,4
Йодное число
Кол-во двойных связей
Перекисное число
Содержание перекисей
Саломассы и маргарин 2,0
И.ч. животных жиров
колеблется от 32 до 60,
растительных масел от 101до140
Если перекисное число более
0,1 жир как правило
испорченный
Ацетильное число
Кол-во свободных гидрокс.
групп
Характерная стойкость жира по
отношению к нагрванию
Т дымообразования
Жиры, имеющие Т
дымообразования ниже 190ОС
не могут использоваться как
фактор.
Окисление жиров
При свободном доступе воздуха жиры окисляются как при хранении, так и при тепловой
обработке. Процесс окисления при обычных невысоких температурах называется
автоокислением, при нагревании – термическое окисление. Состав образующихся продуктов
может может несколько отличаться.
При автоокислении жира вначале имеет место индукционный период, в процессе которого
происходит накопление свободных радикалов. Как только концентрация радикалов достигает
определенной (критической) величины начинается процесс быстрого присоединения кислорода к
радикалам. Этот процесс называется автоматической цепной реакцией и включает несколько
страдий – зарождение, развитие, разветвление и обрыва цепи.
1. Развитие цепи начинается с образования свободного радикала, который возникает в
результате отрыва атома Н2 от углеродной части молекулы жирной кислоты
-СН=СН-СН2-  -CH-CH=CH- +H
Образовавшийся жирный радикал соединяется с кислородом с образованием перекиси
O-O
-СН-СН=СН- +О2  -CH-CH=CHОбразование перекиси
Перекисный радикал отщепляет Н2 от новой молекулы жирной кислоты , при этом образуется
гидроперекись и новый радикал, который вновь соединяется с кислородом и весь цикл
повторяется
О-О
-СН-СН=СН- + -СН2-СН=СН- 
O-OН
-CH-CH=CH- + -CH-CH=CH-
Гидроперекись склонна к реакциям распада, в результате которых образуется 2 новых радикала,
увеличивающих скорость цепной реакции
O-OН
O
-CH-CH=CH-  -CH-CH=CH- + OH
Обрыв цепи может произойти если 2 радикала соединяются между собой с образованием
неактивной молекулы
H+OH H2O
RO2+R
RO2+RO2
устойчивый продукт
R+R
Обрыв цепи
Увеличение Т жира ,отношение его поверхности к обьему ,а так же кол-во двоиных связей
сокращает индукционный период и ускоряет цепную окислительную реакцию.
Действие света, излучения ,присутствие катализатора и инициаторов так же ускоряет процесс
окисления.
Изменение жира при тепловой обработке.
При любом способе тепловои обработки в жирах происходят как гидролитические,так и
окислительные изменения.Основными способами тепловои обработки являются варка и
жарение,которые различаются между собой по характеру воздействия на жир.
Общие изменения,происходящие с жиром при тепловои обработке можно изобразить в виде
следующей схеме:
Гидролиз
Жирные
кислоты
Жиры
Ок
Ок
Моно- и
диглицириды
глицерин
Ок
Перекиси и гидроперекиси
распад
Промежуточные нестабильные продукты окисления
Дальнейшее окисл.
И полимеризация
Вторичные
стабильные
продукты
окисления
Изменение жира при варке.
Содержащийся в продукте жир в процессе варки плавиться и переходит в бульон.Кол-во
поступающего в бульон жира зависит от:
-содержания и характера отложения в продукте
-вида жира
-продолжительности варки
-величины кусков и др.
Эмульгированый жир делает бульон мутным.Мелкие жировые капельки резко увеличивают
суммарную величину поверхности соприкосновения жира с водои.При Т варки (100С)жир
практически нерастворим в воде и гидролиз глицеридов протекает на поверхности раздела
жировой и водной фаз,в следствии этого эмульгирование.
Гидрогенезация
Остатки ненасыщенных жирных кислот в молекулах жиров присоединяют водород. С помощью
этого процесса целенаправленно изменяется состав масел, температуры плавления, меняется
твердость, пластичность, они становятся более стойкими к окислению.
Одновременно протекают побочные процессы:
- перемещение двойной связи вдоль углеродной цепочки(образуются позиционные изомеры);
- трансизомеризация, т.е. изменение пространственной конфигурации молекулы, образуется унси транс- изомеры.
- переэтерификация.
Процесс гидрогенезации протекает ступенчато от более ненасыщенных к менее ненасыщенным.
С318 – линолевая кислота
+H2
3
С 18
С218 – линолевая кислота
катализатор
+H2
С218
С118 – олеиновая кислота
катализатор
+H2
С118
С018 – стеариновая кислота
катализатор
Ферменты
Сложные органические вещества белковой природы, которые играют важнейшую роль в
обмене веществ. Известно около 3000 ферментов.
Они легко разрушаются в растворе при нагревании выше 60-70ОС. В сухом виде они могут
переносить нагрев даже несколько выше 100ОС.
Название фермента составляется из первого слога названия субстрата, на который он
действует и окончания «аза», так ферменты «протеазы»ресщепляют белок(протеины), амилазы –
крахмал, липазы –жиры.
Большая роль принадлежит ферментам в решении ряда вопросов интенсификации
производства:
- увеличения выхода готовой продукции
- улучшения ее качества
- создания непрерывных схем производства
Они повышают скорость химических реакций. При этом ферменты не расходуются и не
претерпевают необратимых изменений. Они ускоряют хим реакции, находя «обходные пути». Это
становится возможным потому, что ферм. реакция состоит из двух стадий: на первой стадии
происходит образование фермент-субстратного комплекса. Эта реакция протекает с более низкой
энергией активации; на второй стадии этот комплекс распадается на продукт реакции свободный
фермент, который может взаимодействовать с новой молекулой субстрата. Это можно выразить
следующим уравнением:
Е+S
ES P+E
E – фермент, S – субстрат, ES – фермент-субстратный комплекс, Р – продукт реакции.
Витамины
(известны свыше 13, относящ к витаминам)
Витамины – низкомолекулярные органические соединения различной химической природы,
катализаторы, биорегуляторы процессов, протекающих в живом организме. Для нормальной
жизнедеятельности человека витамины необходимы в больших количествах, но так как в
организме они не синтезируются в достаточном количестве, то должны поступать с пищей.
Отсутствие или недостаточность в организме витаминов вызывает гиповитаминозы,
авитаминозы, если принимать очень много  гипервитаминозы.
В 1880 году русским ученым Луниным была экспериментально доказана необходимость
неизвестных в то время компонентов пищи для нормального функционирования. В 1891 году
польский биохимик Функ назвал их витаминами. Сейчас известно свыше 30 соединений,
относящихся к витаминам. Различают витамины и витаминоподобные соединения (полная
незаменимость которых не всегда доказана). В отдельных продуктах содержатся провитамины,
т.е. соединения способные в организме превращаться в витамины. Например, В-каротин
переходит в витамин А.
Антивитамины – группа соединений, часто близких к витаминам по строению, которые,
конкурируя с витаминами могут занять место в ферментных системах, но не в состоянии
выполнить их функции.
В качестве единицы измерения пользуются мг, мкг (1мг = 10-3, 1мкг = 0,001мг = 10-6г) на 1г
продукта или мг% (миллиграмм витаминов на 100г продукта).
По расворимости в воде витамины делят на 2 группы: водорастворимые (В, В2, В6, РР, С и др.) и
жирорастворимые (А, Е, D, К).
Минеральные вещества
М.В. не обладают энергетической ценностью, как белки, жиры и углеводы. Однако без них жизнь
человека невозможна. М.в. выполняют:
1) пластичекскую функцию в процессах жизнедеятельности человека
2) велика их роль в построении костной ткани, где необходимы Р, Са;
3) они участвуют в водно-солевом и кислотно-щелочном обмене;
Их делят на 2 группы: макроэлементы(Са, Р, Mg, Na, K, Cl, S) и микроэлементы (Fe, Zn, Cu, I, F и др.)
Минеральные вещества в большинстве случаев составляют 0,7-1,5% (в среднем 1%) съедобной
части пищевых продуктов. Исключением являются те продукты , в которые добавляют пищевую
соль (чаще всего 1,5-3,0%)
Пищевые добавки
В пищевой промышленности применяется большая группа веществ, объединяемая общим
термином - пищевые добавки. В большинстве случаев под этим понятием объединяют группу
веществ природного происхождения или получаемых искусственным путем, использование
которых необходимо для:
1) Усовершенствования технологии
2) Получения продуктов специализированного назначения
3) Созранения требуемых или придания новых, необходимых свойств
4) Повышения стабильности
5) Улучшения органолептических свойств пищевых продуктов
Е-100-Е-183 красители
Е-200-Е-299 консерванты
Е-300-Е-399 антиокислители по действию сходны с консервантами
Е-400-Е499 – стабилизаторы и загустители
Е-500-Е599 – эмульгаторы, поддерживающие определенную структуру продкукта
Е-600-Е699 – усилители вкуса и аромата
Е-900-Е999 – противогенные вещества (антифламиниги), добавляются в пиво, соки, воды.
Улучшение
внешнего вида
Регулирование
вкуса
Регулирование
консистенции и
формирование
текстуры
Увеличение
сохранности
Функциональные Красители,
отбеливатели,
классы добавок
стабилизаторы
окраски
Ароматизация,
Вкусовые
добавки,
подслащение
вещества,
кислоты и
регуляция
кислотности
Загустители,
гелеобразователи,
стабилизаторы,
эмульгаторы,
разжижители,
пенообразователи
Консерванты,
антиоксиданты,
влагоудерживающие
агенты,
пленкообразователи.
Цель введения