химия ответы


1. Значение пищевой химии. Питание и показатели здоровья населения. Нарушения пищевого статуса населения.
Пищевая химия предусматривает как разработку новых принципов и методов анализа пищевых систем, так и установление строения отдельных компонентов, их функций и взаимосвязи с другими компонентами. Кроме этого, пищевая химия уделяет особое внимание анализу вредных и посторонних веществ в сырье, полуфабрикатах и готовых продуктах.
Последние десятилетия характеризуются стойким ухудшением показателей здоровья населения Казахстана: продолжает снижаться средняя продолжительность жизни (она составила 58 лет у мужчин и 73 года у женщин, в среднем 65,5 года - это значительно ниже, чем в большинстве развитых стран); увеличивается общая заболеваемость. Среди причин заболеваемости и смертности ведущее место занимают сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, развитие которых в определенной степени связано с питанием. Снижается уровень грудного вскармливания, ухудшаются показатель здоровья и антропометрические характеристики детей, подростков, а также состояние здоровья лиц пожилого возраста. Одной из важнейших причин этого является неудовлетворительное питание.
Важнейшие нарушения пищевого статуса населения является:
- избыточное потребление животных жиров;
- дефицит полиненасыщенных жирных кислот;
- дефицит полноценных (животных) белков;
- дефицит витаминов (аскорбиновой кислоты, рибофлавина (В2), тиамина (В,), фолиевой кислоты, ретинола (А) и (3-каротина, токоферола и других);
- дефицит минеральных веществ (кальция, железа);
- дефицит микроэлементов (селена, цинка, иода, фтора);
- дефицит пищевых волокон.
Негативное влияние оказывает потребление некачественных, фальсифицированных и опасных для здоровья человека продуктов.
2 Основные понятия пищевой химии: пищевая ценность, биологическая ценность, биологическая эффективность, энергетическая ценность.
Пищевая ценность понятие, отражающее всю полноту полезных свойств пищевого продукта, включая степень обеспечения физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах, энергию и орга- нолептические свойства. Характеризуется химическим составом пищевого продукта с учетом его потребления в общепринятом количестве. Биологическая ценность пищевых продуктов определяется глав- ным образом наличием в них незаменимых факторов питания, не синтези- руемых в организме или синтезируемых в ограниченном количестве и с малой скоростью. К основным незаменимым компонентам пищи относятся 810 аминокислот, 35 полиненасыщенных жирных кислот, все витамины и большинство минеральных веществ, а также природные физиологические вещества высокой биологической активности: фосфолипиды, белково- лецитиновые и глюкопротеиновые комплексы. Биологическая эффективность — показатель качества жировых компонентов пищевых продуктов, отражающий содержание в них полиненасыщенных жирных кислот. Энергетическая ценность характеризует ту долю энергии, которая может высвободиться из пищевых продуктов в процессе биологического окисления и использоваться для обеспечения физиологических функций организма. Пища является единственным источником энергии для человека. Количество энергии, выделяемой при усвоении организмом пищевых продуктов, называется калорийностью. При окислении одного грамма жира организм получает 9 ккал (37,7 кДж); одного грамма белка 4 ккал (16,7 кДж); одного грамма углеводов 3,75 ккал (15,7 кДж).
3 Физиологическое значение углеводов. Усваиваемые и неусваиваемые углеводы.
Углеводам в питании человека принадлежит чрезвычайно важная роль. Они являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. При окислении 1 г углеводов в организме образуется 16,7 кДж (4 ккал) энергии.
Углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы – моно- и олигосахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые – целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектин, гумми, слизи.
При поступлении в пищеварительный тракт усваиваемые углеводы (за исключением моносахаридов) расщепляются, всасываются, а затем или непосредственно утилизируются (в виде глюкозы), или превращаются в жир, или откладываются на временное хранение (в виде гликогена). Накопление жира особенно выражено при избытке в диете простых сахаров и отсутствии расхода энергии. Неусваиваемые углеводы человеческим организмом не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют (вместе с лигнином) так называемые пищевые волокна. При недостаточном содержании в пище неусваиваемых углеводов наблюдается увеличение сердечно-сосудистых заболеваний, злокачественных образований прямой кишки. Суточная норма пищевых волокон составляет 20–25 г. 
4 Углеводы в пищевых продуктах.
Углеводы составляют 3/4 сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах и в других продуктах.
Главными усваиваемыми углеводами в питании человека являются крахмал и сахароза. Крахмал является главным энергетическим ресурсом человеческого организма. Источники крахмала – зерновые, бобовые, картофель. На долю крахмала приходится примерно 80% всех потребляемых человеком углеводов.
Моносахариды и олигосахариды (в том числе сахароза) присутствуют в зерновых в относительно малых количествах. Сахароза обычно поступает в человеческий организм с продуктами, в которые она добавляется (кондитерские изделия, напитки, мороженое и др.). Принимая во внимание то, что сахароза в значительной степени способствует росту глюкозы в крови, следует отметить, что продукты с высоким содержанием сахара (в первую очередь кондитерские изделия) являются наименее ценными из всех углеводных продуктов.
В настоящее время можно считать доказанным, что необходимо увеличивать в рационе пищевые волокна. Источником их являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Хлеб из цельного зерна гораздо более ценен, чем хлеб из муки высших сортов, не содержащих алейронового слоя и зародыша Углеводы плодов представлены в основном сахарозой, глюкозой и фруктозой, а также клетчаткой и пектиновыми веществами (в черной смородине 1,1; в сливе 0,9; в клюкве 0,7; в корках цитрусовых 20–30; в корках яблок 8–20% пектиновых веществ).
Животные продукты содержат значительно меньше усваиваемых углеводов, чем растительные. Мясной и печеночный гликоген подобны по строению крахмальному амилопектину и усваиваются так же как крахмал.
5 Превращения углеводов при производстве пищевых продуктов. Процессы брожения.
Реакции образования коричневых продуктов. Потемнение пищевых продуктов может иметь место в результате окислительных или неокислительных реакций. Окислительное или ферментативное потемнение - это реакция между фенольным субстратом и кислородом, катализируемая ферментом полифенолоксидазой. Это потемнение, имеющее место на срезах яблок, бананов, груш, не связано с углеводами.
Неокислительное или неферментативное потемнение представлено в пищевых продуктах очень широко. Оно связано с реакциями углеводов и включает явление карамелизации и взаимодействие углеводов с белками или аминами. Последнее известно как реакция Майяра.
Карамелизация. Прямой нагрев углеводов, особенно сахаров и сахарных сиропов, способствует протеканию комплекса реакций, называемых карамелизацией. Реакции катализируются небольшими концентрациями кислот, щелочей и некоторых солей. При этом образуются коричневые продукты с типичным карамельным ароматом. Регулируя условия, можно направить реакции в основном на получение аромата или же в сторону образования окрашенных продуктов. Умеренный (начальный) нагрев сахарных растворов приводит к аномерным изменениям, разрыву гликозидных связей, образованию новых гликозидных связей. Но основными являются реакция дегидратации с образованием ангидроколец. В результате образуются дигидрофураноны, циклопентанолоны, циклогексанолоны, пироны и др. Сопряженные двойные связи адсорбируют свет определенных длин волн, придавая продуктам коричневый цвет. Часто в ненасыщенных кольцевых системах может иметь место конденсация в полимерные кольцевые системы. Обычно для получения карамельного цвета и запаха используется сахароза. Нагреванием раствора сахарозы в присутствии серной кислоты или кислых солей аммония получают интенсивно окрашенные полимеры «сахарный колер» для применения в различных пищевых продуктах - при производстве напитков, карамели и др. Стабильность и растворимость этих полимеров увеличивается в присутствии НSО3-ионов:
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image052.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image052.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image052.jpg" \* MERGEFORMATINET
Карамельные пигменты содержат различные группы - гидроксильные, кислотные, карбонильные, енольные, фенольные и др. Скорость реакции образования карамельных пигментов увеличивается при увеличении температуры и рН. В отсутствие буферных солей может образоваться полимерное соединение гумин с горьким вкусом (средняя формула C125H188O90); при производстве пищевых продуктов с этим необходимо считаться и не допускать его образования.
Комплекс реакций, имеющих место при карамелизации, приводит к образованию разнообразных кольцевых систем с уникальным вкусом и ароматом. Так, мальтол и изомальтол имеют запах печеного хлеба, 2-Н-4-гидрокси-5-метилфуранон-3 - аромат жареного мяса. Кроме того, эти продукты имеют сладкий вкус, что также определяет их положительную роль в пищевых продуктах.
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image054.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image054.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image054.jpg" \* MERGEFORMATINET
Реакция Майяра (меланоидинобразование).Реакция Майяра является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых продуктов. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего сахара, аминного соединения (аминокислоты, белки) и немного воды.
Все процессы, происходящие при потемнении пищевых продуктов (рис. 13), еще недостаточно точно определены, но начальные стадии изучены очень детально. Установлено, что помимо реакции Майяра имеет место дегидратация с образованием оксиметилфурфурола, разрыв цепей, образование дикарбонильных соединений, образование меланоидиновых пигментов, которые образуются на конечных стадиях и имеют окраску от красно-коричневой до темно-коричневой. Если на первых стадиях возможна некоторая деколоризация при добавлении восстановителей (например, сульфита), то на конечном этапе это уже невозможно.
Если образование коричневых пигментов для пищевых продуктов нежелательно, можно ингибировать протекаемые реакции, например, значительным снижением влажности (для сухих продуктов), снижением концентрации сахара (разведением), рН и температуры (для жидких продуктов). Можно удалить один из компонентов субстрата (обычно, сахар). Например, при получении яичного порошка, чтобы не допустить появления запаха, перед сушкой добавляют глюкозооксидазу, что приводит к разрушению D-глюкозы и образованию D-глюконовой кислоты:
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image058.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image058.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image058.jpg" \* MERGEFORMATINET
Кроме удаления сахара, образующийся при этом технологическом приеме пероксид водорода и повышение температуры приводят к снижению бактериальной обсемененности (см. табл. 3.8). Для предотвращения потемнения рыбы, содержащей значительные количества рибозы, добавляют бактерии, обладающие D-рибозооксидазной активностью.
Оксид серы (SO2) и его производные подавляют реакцию потемнения в пищевых продуктах, однако их применение ограничивается возможностью образования в сульфитированных пищевых продуктах слаботоксичных компонентов. Поиски других ингибиторов продолжаются, однако найденные до настоящего времени заменители (цианиды, димедон, гидроксиламин, гидразин, меркаптаны, бромин) неприемлемы из-за токсичности. Однако этот путь защиты от потемнения не предохраняет продукты от потери аминокислот (например, лизина), поскольку реакция с сульфит-ионами протекает на последних стадиях меланоидинообразования.
Окисление в альдоновые, дикарбоновые и уроновые кислоты. Способность альдоз к окислению также имеет значение для пищевых продуктов. При определенных условиях возможно окисление в альдоновые кислоты, причем b-форма окисляется быстрее, чем a-форма. Продуктом окисления является b-лактон, который находится в равновесии с g-лактоном и свободной формой альдоновой кислоты (рис. 14). Последняя форма превалирует при рН 3.
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image060.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image060.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image060.jpg" \* MERGEFORMATINET
Рис.14. Окисление D-глюкозы
Глюконо-b-лактон может присутствовать в пищевых продуктах в умеренно кислой среде, когда имеет место медленная реакция, например, при получении некоторых молочных продуктов. При действии более сильных окислителей (например, азотной кислоты) образуются дикарбоновые кислоты.
Окисление в уроновые кислоты возможно только при защите карбонильной группы (рис. 15).
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image062.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image062.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image062.jpg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 15. Окисление D-галактозы в D-галактуроновую кислоту
Один из промышленных способов получения глюкуроновой кислоты - окисление при гидролизе крахмала - приведен на рис. 16.
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image064.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image064.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image064.jpg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 16. Один из промышленных способов получения глюкуроновой кислоты
Уроновые кислоты распространены в природе. Некоторые их них являются структурными компонентами полисахаридов, имеющих важное значение в пищевых процессах, таких как гелеобразование и загустевание -это пектин (D-галактуроновая кислота), альгиновая кислота из морских водорослей (D-маннуроновая кислота, a-гулуроно-вая кислота).
Окисление, катализируемое ферментами.Здесь прежде всего следует сказать об окислении глюкозы под воздействием глюкозооксидазы.
С точки зрения применения в пищевых технологиях представляет интерес система глюкозооксидаза - каталаза.
Глюкозооксидаза обладает исключительной специфичностью по отношению к глюкозе. Ее действие показано на схеме, приведенной на рис. 17.
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image066.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image066.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image066.jpg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 17. Действие глюкозооксидазы
Эта реакция является эффективным методом удаления кислорода из напитков (соков, пива), поскольку кислород участвует в образовании пероксидов и веществ, приводящих к изменению цвета и запаха продуктов. Применение глюкозооксидазы дает возможность ингибировать протекание реакции Майяра.
Процессы брожения. Брожение - процесс (в котором участвуют углеводы), используемый в ряде пищевых технологий: во время тестоприготовления при изготовлении хлеба, в производстве пива, кваса, спирта, вина и других продуктов.
Суммарно спиртовое брожение может быть выражено следующим уравнением:
INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image068.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image068.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://konspekta.net/vikidalka/baza1/12243017764.files/image068.jpg" \* MERGEFORMATINET
Наиболее легко подвергаются сбраживанию глюкоза и фруктоза, медленнее - манноза, еще медленнее - галактоза; пентозы дрожжами не сбраживаются. Из дисахаридов хорошим субстратом спиртового брожения являются сахароза и мальтоза. Однако оба сахара сбраживаются лишь после предварительного гидролиза на составляющие их моносахариды ферментами a-гликозидазой.
В присутствии кислорода спиртовое брожение прекращается и дрожжи получают энергию, необходимую для их развития и жизнедеятельности, путем кислородного дыхания. При этом дрожжи тратят сахар значительно экономнее, чем в анаэробных условиях. Прекращение брожения под влиянием кислорода получило название «эффект Пастера».
Другой вид брожения, важный для пищевых технологий, это молочнокислое брожение, при котором из одной молекулы гексозы образуются две молекулы молочной кислоты: С6Н12О6= 2СН3-СНОН-СООН. Молочнокислое брожение играет очень большую роль при производстве молочнокислых продуктов (простокваши, ацидофилина, кефира, кумыса), при изготовлении кваса, хлебных заквасок и «жидких дрожжей» для хлебопечения, при квашении капусты, огурцов, при силосовании кормов.
Все микроорганизмы, вызывающие молочнокислое брожение, разделяются на две большие группы. К первой группе принадлежат микроорганизмы, являющиеся истинными анаэробами и сбраживающие гексозы в точном соответствии с вышеприведенным суммарным уравнением молочнокислого брожения. Их называют гомоферментативными молочнокислыми бактериями. Вторую группу образуют гетероферментативные молочнокислые бактерии, которые, кроме молочной кислоты, образуют значительные количества других продуктов, в частности, уксусной кислоты и этилового спирта.
6. ФУНКЦИИ МОНОСАХАРИДОВ И ОЛИГОСАХАРИДОВ ВПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
Гидрофильность
Гидрофильность – одно из основных физических свойств углеводов, полезных для пищевых продуктов. Гидрофильность обусловлена наличием многочисленных ОН-групп. Они взаимодействуют с молекулой воды посредством водородной связи, приводя таким образом к сольватации и (или) к растворению сахаров и многих их полимеров. Эффект связывания воды в значительной степени зависит от структуры сахара.Способность связывать воду и контролировать активность воды (aw) в пищевых продуктах – одно из наиболее важных свойств углеводов. Благодаря этому свойству можно (в зависимости от вида продукта) решать вопрос – надо ли лимитировать поступление влаги или контролировать ее потерю. Например, замороженные пекарские изделия не должны содержать больших количеств абсорбированной влаги, поэтому в этих изделиях более целесообразно использовать такие сахара, как мальтоза, лактоза. В других случаях необходим контроль aw, чтобы не происходила потеря влаги при хранении. Это относится к кондитерским и пекарским продуктам. Здесь хорошие результаты дает применение гигроскопичных сахаров, зерновых сиропов, фруктозных сиропов, инвертного сахара.Связывание ароматических веществДля многих пищевых продуктов, при получении которых используются разные виды сушки, углеводы являются важным компонентом, способствующим сохранению цвета и летучих ароматических веществ. Сущность этого заключается в замене взаимодействия сахар–вода на взаимодействие сахар–ароматическое вещество:
Сахар–вода + ароматическое в-во → сахар–ароматическое в-во + вода
Летучие ароматические вещества – это многочисленная группа карбонильных соединений (альдегиды, кетоны), производные карбоновых кислот (эфиры) и др. Способность к связыванию ароматических веществ у дисахаридов выражена в большей степени, чем у моносахаридов. Очень хорошими фиксаторами аромата являются циклодекстрины (декстрины Шардингера), которые образуются при действии на крахмал амилазы Bacillus macerans.
Образование продуктов неферментативного потемненияи пищевого аромата
Реакции неферментативного потемнения дают окрашенные меланоидиновые пигменты и много разнообразных летучих компонентов. Именно они ответственны за тот или иной запах пищевых продуктов, в процессе производства которых присутствует тепловая обработка. При этом следует иметь в виду, что в одних случаях их образование имеет положительное значение в общей оценке качества пищевого продукта, в других – может быть нежелательно. Продукты реакции неферментативного потемнения могут не только придавать цвет продукту, но и влиять на другие его свойства. Продукты термического разложения сахаров включают пирановые и фурановые соединения, а также фураноны, лактоны, эфиры; наличие тех или иных ароматических соединений придает каждому продукту присущий ему аромат. С этим необходимо считаться при производстве пищевых продуктов, и в ряде случаев, с точки зрения потребительских свойств, количество летучих ароматических компонентов должно ограничиваться.
7. Сладость
Ощущение сладости во рту при потреблении низкомолекулярных углеводовхарактеризует еще одну важную функцию их в пищевых продуктах. Характеристика относительной сладости различных углеводов по сравнению с сахарозой (сладость которой принимается за 100).
Относительная сладость (ОС) различных углеводов и некоторых искусственных подсластителейСахар ОС Сахар или подсластитель ОССахароза 100 α-D-лактоза 16β-D-фруктоза 180 β-D-лактоза 32α-D-глюкоза 74 Ксилоза 40β-О-глюкоза 82 Сорбит 63α-D-галактоза 32 Ксилит 90β-D-галактоза 21 Цикламаты 500α-D-манноза 32 Аспартам 180β-D-манноза Горькая Сахарин 500 168
8. ФУНКЦИИ ПОЛИСАХАРИДОВ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
Структурно-функциональные свойства полисахаридов
Все полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, обусловленных, в первую очередь, водородными связями. Целый ряд полисахаридов являются неусваиваемыми. Это, главным образом, целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые компоненты клеточных стенок овощей, фруктови семян. Эти компоненты придают многим продуктам плотность, хрупкость, а также приятное ощущение во рту. И, кроме того, они важны (как пищевые волокна) в нормальной жизнедеятельности человеческого организма.Полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют важную функцию, которая заключается в обеспечении их качества и текстуры: твердости, хрупкости, плотности, загустевания, вязкости, липкости, гелеобразующей способности, ощущения во рту. Именно благодаря полисахаридам образуется структура пищевого продукта – мягкаяили хрупкая, набухшая или желеобразная. В принципе, полисахариды должны быть растворимы, поскольку они состоят из гликозидных единиц (гексоз или пентоз), а каждая гликозидная единица имеет несколькоточек для образования водородных связей.
9. Крахмал
Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13–30%; амилопектина 70–85%). Амилоза и амилопектин в растениях формируются в виде крахмальных зерен, структура которых до конца не выяснена. Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. В одних случаях он присутствует в сырье, которое перерабатывается в пищевые продукты (например, хлебобулочные изделия). В других его добавляют для придания продукту тех или иных свойств – он используется широко при производстве пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонеза; один из компонентов крахмала – амилоза – используется для пищевых оболочек и покрытий.Клейстеризация и другие свойства крахмала, имеющие важное значение для пищевых продуктов. Неповрежденные крахмальные зерна нерастворимы в холодной воде, но могут обратимо впитывать влагу и легко набухают. Увеличение диаметра зерен при набухании зависит от вида крахмала. Например, для обычного кукурузного крахмала – 9,1%, для восковидного – 22,7%. По мере повышения температуры увеличивается колебание крахмальных молекул, разрушаются межмолекулярные связи, что приводит к освобождению мест связывания для взаимодействия с молекулами воды через водородные связи. Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов, характеристика крахмальных гелей зависят не только от температуры, но и от вида и количества других присутствующих компонентов. С этим необходимо считаться, поскольку в процессе производства пищевых продуктов крахмал находится в присутствии таких веществ, как сахар, белки, жиры, пищевые кислоты и вода. Модифицированные крахмалы. Учитывая влияние, которое имеют те или иные свойства крахмала на качество пищевых продуктов, целесообразно применение в целом ряде производств различных модифицированных крахмалов.П р е д в а р и т е л ь н о к л е й с т е р и з о в а н н ы й к р а х м а л . Его получают путем клейстеризации крахмальной суспензии, помещаемой между двумя обратновращающимися горизонтальными цилиндрами, которые нагреваются паром, последующего высушивания в виде тонкой пленки и измельчения в порошок.
К р а х м а л , м о д и ф и ц и р о в а н н ы й к и с л о т о й . Кислотный гидролиз при температуре ниже температуры клеистеризации имеет место в аморфных зонах крахмального зерна, оставляя кристаллические зоны относительно нетронутыми, причем в большей степени идет гидролиз аминопектина, а не амилозы. Обычно его получают путем обработки крахмальной суспензии соляной или серной кислотой при температуре 25–55°С, причем время обработки зависит от показателя вязкости, которую хотят получить, и может составлять 6–24 часа.
Э т е р и ф и ц и р о в а н н ы е к р а х м а л ы . Известно, что крахмал может быть подвергнут этерификации. Поскольку D-гликопиранозилмономер содержит три свободных гидроксила, степень замещения (СЗ) может быть от 0 до 3. Считается, что коммерчески более целесообразны производные, имеющие СЗ меньше чем 0,1. Такая модификация приводит к определенным изменениям коллоидных и других свойств, которые существенны для пищевых продуктов. О к и с л е н н ы е к р а х м а л ы . Они могут быть получены при действии окислителей (например NaCIO, KMnO4, КВгО3) на водную суспензию крахмала при температуре более низкой, чем температура клейстеризации. При действии окислителей идет гидролитическое расщепление гликозидных связей с образованием карбонильных групп, окисление спиртовых групп в карбонильные, а затем и в карбоксильные. Обычно окисленный крахмал содержит одну –СООН группу на 25–30 гликозидных единиц.
10. Гликоген
Гликоген находится в пищевых продуктах в очень небольших количествах, благодаря малому содержанию в мясной ткани и печени. Это гомоглюкан, подобный по структуре крахмальному амилопектину; он содержит α-D-(l,4) и α-D-(1,6) глюкозидные связи, однако, в отличие от крахмального амилопектина, он имеет большую молекулярную массу. Гликоген – резервный углевод в мясной и печеночной ткани, но после убоя животных он быстро расщепляется с образованием D-глюкозы и затем преобразуется в лактат.
ЦеллюлозаЦеллюлоза – компонент клеточных стенок. Она обычно ассоциируется с различными гемицеллюлозами и лигнином; и тип и размер этих ассоциаций образует характерную текстуру пищевых растений. Однако большинство из текстуральных изменений во время созревания и уборки растений имеет место благодаря изменениям пектина.Целлюлоза – моноглюкан, состоящий из линейных цепей β-D-(l,4)-глюкопиранозных единиц. Исключительная линейность целлюлозы дает возможность молекулам ассоциировать, что имеет место в деревьях и других растениях. Целлюлоза имеет аморфные и кристаллические области, и именно аморфные зоны подвергаются воздействию растворителей и химических реагентов. При производстве пищевых продуктов находит применение микрокристаллическая целлюлоза, для получения которой используют кислотный гидролиз целлюлозы. В этом случае аморфные области гидролизованы кислотой, остаются только небольшие кислотоустойчивые области. Этот продукт используется как наполнитель и реологическийкомпонент в низкокалорийных пищевых продуктах.
ГемицеллюлозыГемицеллюлозы – класс полисахаридов, неусваиваемых человеческим организмом. Основная гемицеллюлоза в пищевых продуктах – ксилан. Этот полимер состоит в основном из β-D-(1,4)-ксилопиранозильных единиц, часто содержит p-L- арабинофуранозильные боковые цепи от третьей позиции нескольких D-ксилозных колец. Другие типичные составляющие – метиловые эфиры D-глюкуроновой кислоты, D- и L- галактоза, ацетильные эфирные группы. Присутствие гемицеллюлоз в пекарских изделиях имеет важное значение благодаря способности связывать воду. При приготовлении пшеничного теста они улучшают качество замеса, уменьшают энергию перемешивания, участвуют в формировании структуры теста, в частностив формировании клейковины, что в итоге оказывает благоприятное действие для получения хорошего объема хлеба. Безусловный интерес при производстве хлебобулочных изделий представляет то, что гемицеллюлозы тормозят черствение хлеба. Вторая важная функция гемицеллюлоз в пищевых продуктах заключается в том, что они, как пищевые волокна, образуют часть неперевариваемого комплекса, что чрезвычайно важно для перистальтики кишечника. Хотя эффект этих полисахаридов в отношении желчных кислот и метаболизма стероидов недостаточно изучен, известно, однако, что они важны для удаления желчных кислот и снижения уровня холестерина в крови. Установлено, что пищевые волокна, в том числе гемицеллюлозы, снижают риск кардиологических заболеваний и злокачественных новообразований прямой кишки, а для больных диабетом – потребность в инсулине. Пектиновые веществаПектин содержится в растительных пищевых продуктах, например, в фруктах и овощах. В растительной клетке пектин выполняет функцию структурирующего агента в центральном слое клеточной стенки. Кроме того, благодаря своей сильной способности к набуханию и своему коллоидному характеру пектин регулирует водный обмен растений. Благодаря прекрасным желирующим свойствам пектин широко применяется при производстве пищевых продуктов – кондитерских изделий, фруктовых желе, джемов. Пектин вместе с другими некрахмалистыми полисахаридами образует группу пищевых волокон, значение которых уже обсуждалось. Кроме того, пектин обладает детоксицирующими свойствами, т. к. способен связывать токсичные элементы и радионуклиды и выводить их из человеческого организма. Это делает пектин и пектинсодержащие продукты ценной добавкой при производстве пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения. Важным свойством пектина, обусловливающим его применение в пищевых продуктах, является гелеобразование. Желирование высокоэтерифицированных пектинов вызывается двумя факторами: а) добавлением сахара, который вызывает дегидратацию пектиновых молекул, способствуя тем самым их сближению; б) снижением рН среды, которое подавляет диссоциацию свободных карбоксильных групп, снижая тем самым электростатическое отталкивание цепей.
11. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
Моно- и олигосахариды. Для определения этих углеводов используют их восстанавливающую способность. Сначала их извлекают из пищевых продуктов 80%-м этиловым спиртом. Спиртовые экстракты упаривают под вакуумом, разбавляют горячей водой и фильтруют. При анализе продуктов, относительно богатых белками и фенольными соединениями, фильтрат дополнительно обрабатывают нейтральным раствором ацетата свинца, избыток которого удаляют сульфатом, фосфатом или оксалатом натрия. Осадок отфильтровывают, а в фильтрате определяют восстанавливающие (редуцирующие) сахара с использованием гексацианоферрата (III) калия, фелинговой жидкости или иодометрически. Для определения сахарозы (вместе с редуцирующими сахарами) ее необходимо предварительно гидролизовать.
Усваиваемые полисахариды. Для определения крахмала необходимо предварительно освободиться от моно- и олигосахаридов экстракцией 80%-м этанолом. Затем проводят извлечение крахмала из продукта какимлибо способом (например, растворением сначала в холодной, потом в горячей воде) и освобождаются от белков путем обработки раствора фосфорно-вольфрамовой кислотой, ацетатом цинка, гексацианоферратом (III) калия или другими белковыми осадителями. Определение крахмала проводят, как правило, путем определения глюкозы после ферментативного или кислотного гидролиза. Для расчета используют соответствующие коэффициенты. Можно применять метод поляриметрии. Для определения декстринов их извлекают теплой (40°С) водой и осаждают 96%-м этанолом, проводят гидролиз и определяют глюкозу. Для расчета используют соответствующие коэффициенты. Можно использовать метод спектрофотометрии, измеряя интенсивность окраски иод-крахмального комплекса.
Неусваиваемые углеводы. Общее содержание пищевых волокон (лигнин + неусваиваемые углеводы) обычно определяют гравиметрическим методом. Анализ заключается в использовании фракционирования – сначала растворяют крахмал и белки при помощи ферментов, имитирующих расщепление их в желудочно-кишечном тракте человека (α-амилаза, пепсин, панкреатин), растворимые пищевые волокна осаждают спиртом, фильтруют, осадок взвешивают.
Пектин. Определение основано на извлечении пектина (растворимого пектина и протопектина) из пищевого продукта, осаждении и взвешивании. Для извлечения растворимого пектина применяют экстракцию холодной водой с последующим кипячением. Для извлечения протопектина применяют кипячение с соляной кислотой после извлечения растворимого пектина. Для продуктов, богатых крахмалом, применяют специальные приемы его отделения. Для осаждения пектина проводят реакцию с хлоридом кальция. Помимо взвешивания можно определять в осадке содержание кальция комплексонометрически с трилоном Б и по этим данным рассчитывать содержание пектина.
Гемицеллюлозы. Они гидролизуются труднее, чем пектин, их определяют после удаления пектинов. Определение гемицеллюлоз основано на определении восстанавливающих сахаров, полученных при кислотном или щелочном гидролизе. Для расчета используются соответствующие коэффициенты.
Клетчатка. Метод определения клетчатки основан на проведении гидролиза легкорастворимых углеводов при соответствующих условиях и получении негидролизуемого остатка, который взвешивают.
12. БЕЛКИ В ПИТАНИИ ЧЕЛОВЕКА. ПРОБЛЕМА БЕЛКОВОГО ДЕФИЦИТА НА ЗЕМЛЕ
Белки в питании человека занимают особое место. Они выполняют ряд специфических функций, свойственных только живой материи. Белковые вещества наделяют организм пластическими свойствами, заключающимися в построении структур субклеточных включений (рибосом, митохондрий и т. д.), и обеспечивают обмен между организмом и окружающей внешней средой. В обмене веществ участвуют как структурные белки клеток и тканей, так и ферментные и гормональные системы. Белки координируют и регулируют все то многообразие химических превращений в организме, которое обеспечивает функционирование его как единого целого.
Белки в организме человека обновляются постоянно независимо от его возраста. В молодом растущем организме скорость синтеза белков превышает скорость распада; при тяжелых заболеваниях или голодании - наоборот. Наиболее быстрому обновлению подвергаются белки печени и слизистой оболочки кишечника (до 10 дней), наиболее медленному (до 180 дней) - белки мышц (миозин), соединительной ткани (коллаген) и мозга (миелин).
Эффективность обмена белков в значительной степени зависит от количественного и качественного состава пищи. При поступлении белков (с пищей) ниже рекомендуемых норм, в организме начинают распадаться белки тканей (печени, плазмы крови и т. д.), а образующиеся аминокислоты - расходоваться на синтез ферментов, гормонов и других необходимых для поддержания жизнедеятельности организма биологически активных соединений. Повышенное количество белков в составе пищи значительного влияния на обмен веществ в организме человека не оказывает, при этом избыток продуктов азотистого обмена выводится с мочой. Состояние белкового обмена в большей степени зависит от недостатка или отсутствия незаменимых аминокислот. Клетки организма человека не могут синтезировать необходимые белки, если в составе пищи отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота. Синтез белков также нарушается, если часть аминокислот в кишечнике разрушается патогенной микрофлорой, аминокислоты плохо всасываются, а протеолити-ческие ферменты желудочно-кишечного тракта мало активны. Удаление части аминокислот из организма с продуктами обмена веществ обуславливает его отрицательный азотистый баланс.
Показатель азотистого баланса используется для оценки степени обеспеченности человека белковой пищей. Он представляет собой разность между количеством поступающего с пищей азота и количеством азота, выводимого в виде конечных продуктов обмена, выраженными в одних и тех же единицах (г/сут). При положительном балансе количество выводимого из организма азота меньше количества азота, поступающего с пищей, а при отрицательном - количество выделяемого азота превышает количество азота, поступающего в течение суток. Положительный баланс азота характерен для молодого организма и беременных женщин, отрицательный - для людей, пища которых бедна белком, для больных с нарушениями процессов переваривания пищи и людей пожилого возраста.
Состояние, при котором количество азота, поступающего с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, характерно для азотистого равновесия. Им обладает здоровый взрослый человек, потребляющий полноценные белки в необходимом количестве. Азотистый баланс у такого организма равен нулю.
На состояние азотистого обмена любого организма существенное влияние оказывают жиры и калорийность пищи, витамины (В,, В2, В6, РР и др.), минеральные вещества и гормоны. Например, гормоны щитовидной железы и низкокалорийная диета стимулируют распад белков, а гормоны роста и половых желез, наоборот, способствуют их синтезу. Таким образом, организм человека требует обеспечения его белковой пищей, в противном случае могут развиваться патологические процессы и наступить гибель организма. Следовательно, здесь уместно рассмотреть нормы потребления человеком белка.
В соответствии с рекомендациями ВОЗ и ФАО величина оптимальной потребности в белке составляет 60-100 г в сутки или 12-15% от общей калорийности пищи. В общем количестве энергии на долю белка животного и растительного происхождения приходится по 6-8%. В пересчете на 1 кг массы тела потребность белка в сутки у взрослого человека в среднем равняется около 1 г, тогда как для детей, в зависимости от возраста, она колеблется от 1,05 до 4,00 г.
Сегодня в мире существует дефицит пищевого белка и недостаток его в ближайшие десятилетия, вероятно, сохранится. На каждого жителя Земли приходится около 60 г белка в сутки, при норме 70 г. По данным Института питания РАМН, начиная с 1992 г. в России потребление животных белковых продуктов снизилось на 25-35% и соответственно увеличилось потребление углеводсодержащей пищи (картофеля, хлебопродуктов, макаронных изделий). Среднедушевое потребление белка уменьшилось на 17-22%: с 47,5 до 38,8 г/сут белка животного происхождения (49% против 55% рекомендуемых); в семьях с низким доходом потребление общего белка в сутки не превышает 29-40 г.
Снижение употребления белка с пищей соответствует современным мировым тенденциям снижения степени обеспеченности населения Земли белком. Общий дефицит белка на планете оценивается в 10-25 млн т в год. Из 6 млрд человек, живущих на Земле, приблизительно половина страдает от недостатка белка. Нехватка пищевого белка является не только экономической, но и социальной проблемой современного мира. Не во всех странах продукты животного происхождения доступны широким слоям населения. В районах тропической Африки, Латинской Америки и Азии, население которых занято тяжелым сельскохозяйственным трудом, проблема обеспеченности белком яиц, мяса и молока особенно острая. Пока животные белки будут оставаться ценным источником питания, экономически развитым и богатым странам предстоит найти решение важной проблемы: с одной стороны, это разработка рациональных способов хранения и сбыта избытка продуктов животного происхождения, а с другой - поиск путей получения новых ресурсов пищевого белка. В противном случае большая часть населения земного шара будет употреблять в пищу только белки растительного происхождения, отличающиеся неполноценным аминокислотным составом.
Традиционным путем увеличения ресурсов пищевого белка является повышение производительности растениеводства и животноводства на основе технологий возделывания зернобобовых, масличных и злаковых культур, употребляемых как непосредственно в пищу, так и на корм скоту. Наибольшие количества белка, и особенно лизина, обеспечивают посевы зернобобовых культур: сои, нута, чечевицы, гороха, люпина. Однако, бобовые культуры, используемые непосредственно в пищу, не являются традиционными для многих народов, к тому же трудно достичь высоких урожаев и расширения площадей посева любой культуры в силу особенностей почвенноклиматических условий выращивания и применения агротехнических мероприятий.
13. БЕЛКОВО-КАЛОРИЙНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ.
ПИЩЕВЫЕ АЛЛЕРГИИ
Богатая белком пища дорого стоит, поэтому не все слои населения могут ею постоянно питаться. Кваши-оркор у человека развивается при частичном (или полном) голодании и при потреблении неполноценных белков. Заболевание сопровождается нарушением функции кишечника, так как с надлежащей скоростью не синтезируются ферменты поджелудочной железы и не обновляются клетки его слизистой оболочки. Возникает порочный круг ква-шиоркора, характеризующийся прекращением процесса усвоения белка пищи. В организме развивается отрицательный азотистый баланс, нарушается водно-солевой обмен, появляется атония мышц и остановка роста. Пищевая дистрофия особенно опасна для младенцев. Ква-шиоркор может сопровождаться их гибелью от диареи, острых инфекций, заболеваний печени и отставанием в физическом и умственном развитии. Резкое снижение синтеза белка в печени на фоне недостаточного поступления его в организм уменьшает количество сывороточного альбумина, липопротеидов низкой плотности (ЛНП) и гемоглобина в крови (рис. 2.3).
Наряду с общими нарушениями обмена аминокислот в организме существуют специфические изменения некоторых из них. Так, нарушения обмена гистидина выражаются в снижении активности фермента гистидинаммиакилазы и повышении активности гистидиндекарбокси-лазы. Это вызывает, в свою очередь, накопление избытка гистидина в тканях. При недостатке триптофана снижается синтез никотиновой кислоты и накапливается ксантуреновая кислота, которая угнетает р-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, провоцируя тем самым возникновение диабета.
Тяжелые последствия недостаточного поступления белка в организм человека невозможно лечить терапевтическими методами, поэтому предоставление всем нуждающимся материальной помощи для употребления в пищу белковых добавок может решить проблему охраны и сохранения здоровья людей как в детском, так и в зрелом возрасте. Использование в рационе полноценного животного белка или сбалансированных растительных белковых смесей необходимо для исключения необратимых отклонений в здоровье человека.
Отрицательную роль для человека играют пищевые аллергии, связанные с непереносимостью организмом отдельных видов белковой пищи (молоко, яйца, орехи, белки некоторых злаков). Термин "аллергия" происходит от двух греческих слов: "аллос" - другой и "эргон" - действие. При нормальном пищеварении белки расщепляются в желудочно-кишечном тракте до аминокислот, которые не являются антигенами (аллергенами) и не вызывают ответной иммунной (защитной) реакции. Если в кровяное русло без предварительного расщепления через эпителий кишечника проникает незначительное количество белков пищи, то в организме поддерживается как бы тренинг иммунной системы для защиты от действия чужеродных компонентов. При значительном поступлении в кровяное русло аллергенов возникает острая реакция, проявляющаяся в зуде, кожных высыпаниях или желудочно-кишечных расстройствах. Природа таких реакций до конца не выяснена. Предотвратить пищевую аллергию у младенцев возможно грудным вскармливанием или нагреванием некоторых белков до 120°С, однако наиболее эффективным способом борьбы является исключение аллергена из диеты.

14. АМИНОКИСЛОТЫ И ИХ НЕКОТОРЫЕ ФУНКЦИИ В ОРГАНИЗМЕ
Общее число встречающихся в природе аминокислот достигает около 300. Среди них различают: а) аминокислоты, входящие в состав белков; б) аминокислоты, образующиеся из других аминокислот, но только после включения последних в процесс синтеза белка (их обнаруживают в гидролизатах белков); в) свободные аминокислоты. С точки зрения питания выделяют эссенциальные (незаменимые) аминокислоты. Эти аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и должны поступать с пищей.
Аминокислоты - полифункциональные соединения, содержащие по меньшей мере две разные химические группировки, способные реагировать друг с другом с образованием ковалентной пептидной (амидной) связи:

В аминокислотах амино- (-NH2) и карбоксильная (-СООН) группы присоединены к одному и тому же атому углерода, который называют а-углеродом. Природа боковых цепей 20 протеиногенных аминокислот приведена на рис. 2.4.
Для объяснения и понимания свойств аминокислот следует помнить следующее.
1. Аминокислоты, существуя в твердом или растворенном состоянии, всегда находятся в форме биполярных ионов (цвиттерионов), положение равновесия которых зависит от рН среды.

Нахождение аминокислот в виде ионов обуславливает растворимость в воде и нерастворимость в неполярных жидкостях. Большинство аминокислот растворимы в воде, но у аминокислот с гидрофобными группами (изолейцин, лейцин, тирозин) растворимость относительно невысока.
Аминокислоты отличаются друг от друга структурой боковых цепей, от которой зависят химические, физические свойства и физиологические функции белков в организме. Аминокислоты с гидрофобными боковыми группами большей частью локализованы внутри белковых макромолекул, тогда как аминокислоты с полярными боковыми группами располагаются на их поверхности. В составе полярных ааминокислот имеются функциональные группы, способные к ионизации (ионогенные) и не способные переходить в ионное состояние (неионогенные). При этом кислые и основные ионогенные группы радикалов, как правило, располагаясь на поверхности молекул белков, принимают участие в ионных (электростатических) взаимодействиях. В роли полярных неионогенных групп в молекулах белков выступают гидроксильные группы серина, треонина и амидные группы глутамина (Глн) и аспарагина (Асн). Эти группы могут располагаться как на поверхности, так и внутри белковой молекулы, и принимать участие в образовании водородных связей с другими полярными группировками.
Почти все а-аминокислоты, поступающие из пищеварительного тракта человека в кровяное русло организма, претерпевают ряд общих превращений, назначение которых заключается в обеспечении пластическим материалом процесса синтеза белков и пептидов и осуществлении дыхания с образованием АТФ (рис. 2.5). В основе таких превращений

Рис. 2.5. Основные функции аминокислот в организме
лежат реакции дезаминирования, трансаминирования и декарбоксили-рования.
15. НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ. ПИЩЕВАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ БЕЛКОВ
Все живые организмы различаются по способности синтезировать аминокислоты, необходимые для биосинтеза белков. В организме человека синтезируется только часть аминокислот, другие должны доставляться с пищей. Первые из них называются заменимыми, вторые - незаменимыми (см. рис. 2.4). Заменимые аминокислоты способны заменять одна другую в рационе, так как они превращаются друг в друга или синтезируются из промежуточных продуктов углеводного или липидного обмена. Для незаменимых аминокислот такие пути обмена существуют только у растений и некоторых микроорганизмов, например Е. coli.
Жизнедеятельность человека обеспечивается ежедневным потреблением с пищей сбалансированной смеси, содержащей восемь незаменимых аминокислот и две частично заменимые. Незаменимые представлены аминокислотами с разветвленной цепью углерода - лейцином, изо-лейцином и валином, ароматическими - фенилаланином, триптофаном и алифатическими - треонином, лизином и метионином. Так как из ме-тионина и фенилаланина в организме синтезируется цистеин и тирозин, соответственно, то наличие в пище в достаточном количестве этих двух заменимых аминокислот сокращает потребность в незаменимых предшественниках.
К частично заменимым аминокислотам относят аргинин и гистидин, так как в организме они синтезируются довольно медленно. Недостаточное потребление аргинина и гистидина с пищей у взрослого человека в целом не сказывается на развитии, однако может возникнуть экзема или нарушиться синтез гемоглобина. В аргинине и гистидине особенно нуждается молодой организм.
Отсутствие в пище хотя бы одной незаменимой аминокислоты вызывает отрицательный азотистый баланс, нарушение деятельности центральной нервной системы, остановку роста и тяжелые клинические последствия типа авитаминоза. Нехватка одной незаменимой аминокислоты приводит к неполному усвоению других. Данная закономерность подчиняется закону Либиха, по которому развитие живых организмов определяется тем незаменимым веществом, которое присутствует в наименьшем количестве.
Зависимость функционирования организма от количества незаменимых аминокислот используется при определении биологической ценности белков химическими методами. Наиболее широко используется метод X. Митчела и Р. Блока (Mitchell, Block, 1946), в соответствии с которым рассчитывается показатель а м и н о к и с л о т н о г о с к о р а (а.с.). Скор выражают в процентах или безразмерной величиной, представляющей собой отношение содержания незаменимой аминокислоты (а.к.) в исследуемом белке к ее количеству в эталонном белке. При расчете скора (в %) формула выглядит следующим образом:
Аминокислотный скор =
мг а. к. в 1 г белка

мг а. к. в 1 г эталона
× 100
Животные и растительные белки заметно отличаются по биологической ценности. Аминокислотный состав животных белков близок к аминокислотному составу белков человека. Животные белки являются полноценными, тогда как растительные - из-за относительно низкого содержания в них лизина, триптофана, треонина и других по сравнению с мясом, молоком и яйцами - неполноценны. Белки пшеницы, например, содержат недостаточное количество лизина (первая лимитирующая кислота) и треонина (вторая лимитирующая кислота), но эти аминокислоты в избытке присутствуют в казеине молока. С другой стороны, нехватка в казеине серосодержащих аминокислот компенсируется содержанием их в белках пшеницы.
Наряду с аминокислотным составом биологическая ценность белков определяется и степенью их усвоения после переваривания. Степень переваривания, в свою очередь, зависит от структурных особенностей, активности ферментов, глубины гидролиза в желудочно-кишечном тракте и вида предварительной обработки белков в процессах приготовления пищи (тепловой, гидротермической, в поле СВЧ и т. д.). Так, белки кожи и кератин волос из-за фибриллярной структуры вообще не используются человеком, несмотря на их близкий аминокислотный состав к составу белков тела. Тепловая обработка, разваривание, протирание и измельчение ускоряют переваривание белка, особенно растительного, тогда как нагревание при очень высоких температурах (свыше 100°С) затрудняет его.
Животные белки имеют более высокую усвояемость, чем растительные. Из животных белков в кишечнике всасывается более 90% аминокислот, а из растительных - только 6080%. В порядке убывания
16. Физиологическая роль пептидов.
Пептиды имеют невысокую молекулярную массу, широкий набор аминокислотных остатков. В природе существует два вида пептидов, один из которых синтезируется и выполняет физиологическую роль в процессе жизнедеятельности организма, другой образуется за счет химического или ферментативного гидролиза белков в организме или вне его.
Виды пептидов: нейропептиды, вазоактивные, токсины, антибиотики, вкусовые, буферы, протекторы, гормоны. Пептиды-буферы. В мышцах различных животных и человека обнаружены дипептиды - карнозин и ансерин, выполняющие буферные функции за счет входящего в их состав имидазольного кольца гисти-дина. Пептиды-гормоны. Гормоны - вещества органической природы, вырабатываемые клетками желез внутренней секреции и поступающие в кровь для регуляции деятельности отдельных органов и организма в целом. Нейропептиды. В последние годы в отдельную группу выделяют более 50 пептидов, содержащихся в мозге человека и животных. Эти вещества определяют реакции поведения (боязнь, страх), влияют на процессы запоминания, обучения, регулируют сон, снимают боль. Вазоактивные пептиды. К группе пептидов, оказывающих влияние на тонус сосудов (вазоактивные), относятся брадикинин, кал-лидин и ангиотензин. Пептидные токсины. Пептидную природу имеет ряд токсинов, вырабатываемых микроорганизмами, ядовитыми грибами, пчелами, змеями, морскими моллюсками и скорпионами. Пептиды- антибиотики. Представителями данной группы пептидов являются грамицидин S - циклический антибиотик, синтезируемый бактериями Bacillus brevis, и сурфактин - поверхностно-активный (содержащий сложноэфирную связь) антибиотик, синтезируемый бактериями Bacillus subtilius. Оба антибиотика эффективны при борьбе с инфекционными заболеваниями, вызываемыми стрептококками и пневмококками. Вкусовые пептиды. Наиболее важными соединениями этой группы являются сладкие и горькие пептиды. Протекторные пептиды. Одним из наиболее распространенных соединений с протекторными свойствами является трипептид глутатион. Глутатион принимает участие в транспорте аминокислот через мембраны клеток, обезвреживает соединения ртути, ароматические углеводороды, перекисные соединения, предотвращает заболевание костного мозга и развитие катаракты глаз.
17. Белки пищевого сырья.
Анализируя аминокислотный состав суммарных белков различных злаковых культур с точки зрения состава эталонного белка для питания людей (ФАО, 1973) следует отметить, что все они, за исключением овса, бедны лизином (2,2-3,8%), а за исключением риса и сорго - изолейцином. Для белков пшеницы, сорго, ячменя и ржи характерно относительно небольшое количество метионина (1,6-1,7 мг/100 г белка). Белки пшеницы к тому же содержат недостаточное количество треонина (2,6%), а белки кукурузы - триптофана (0,6%). Наиболее сбалансированными по аминокислотному составу являются овес, рожь и рис. Аминокислотный состав суммарных белков злаковых культур определяется аминокислотным составом отдельных фракций, в основу классификации которых положен принцип растворимости.Белковые фракций зерновых культур: альбумин, глобулин, пролами-н и глютелин. Белки неравномерно распределяются между морфологическими частями зерна. Основное их количество (65-75%) приходится на эндосперм, меньшее - на алейроновый слой (до 15,5%) и зародыш (до 22%). Белки зародыша и алейронового слоя представлены в основном альбуминами и глобулинами, выполняющими каталитическую функцию при прорастании зерна (ферменты), а белки эндосперма - альбуминами, глобулинами, проламинами и глютелинами. Промежуточные белки располагаются между крахмальными зернами и соответствуют белковой матрице, а прикрепленные представляют собой остатки мембран крахмальных зерен. У ржи и пшеницы прикрепленные белки характеризуются лучшим аминокислотным составом. Глютенин пшеницы является более гетерогенной белковой фракцией по сравнению с глиадином. Предложены несколько гипотез строения глютенина и клейковины, однако ни одна из них не дает полного ответа на вопросы взаимосвязи его особенностей с природой вязко-эластичных свойств пшеничного теста. До конца не выяснен вопрос, чем отличаются глютелины зерновых культур, способных и не способных к формированию клейковинного комплекса. Аминокислотный состав клейковинного белка и соотношение глиа-диновой и глютениновой фракций не являются показателями его качества, тогда как растворимость, содержание водородных, дисульфидных связей и вискозиметрические характеристики соотносятся с различиями реологических характеристик клейковины. Среди злаковых культур особого внимания заслуживает белковый комплекс первой искусственно созданной зерновой культуры, полученной при скрещивании пшеницы (Triticum) и ржи (Secale) - тритикале. С точки зрения питательности тритикале - ценная культура, так как ее отличает относительно высокий уровень белка (11,7-22,5%) и улучшенный аминокислотный состав по сравнению с пшеницей.
18. Влияние технологической переработки сырья на качество белковых продуктов, реакция Майяра.
Реакция Майяра (меланоидинобразование). Реакция Майяра является первой стадией реакции неферментативного потемнения пищевых продуктов. Для протекания реакции требуется наличие редуцирующего сахара, аминного соединения (аминокислоты, белки) и немного воды. Поскольку в реакции Майяра участвуют белки и аминокислоты, очевидно, что имеет место определенная их потеря, как нутриента питания. С этим особенно приходится считаться в случае незаменимой аминокислоты лизина (вследствие ее большой реакционной способности), благодаря присутствию свободной ε-аминогруппы. Большая способность к реакции Майяра характерна не только для лизина, но и для других важных аминокислот – L-аргинина и L-гистидина. Все это говорит о том, что если реакция потемнения имеет место при производстве, консервировании и хранении пищевых продуктов, обязательно имеет место потеря некоторых аминокислот (в том числе незаменимых) и пищевой ценности. Причем в ряде случаев даже относительно мягкие условия обработки могут давать довольно большие потери. При воздействии в технологических операциях даже небольших температур в течение короткого промежутка времени в присутствии редуцирующих сахаров возможна потеря аминокислот (особенно основных) за счет реакции Майяра. Эту реакцию используют, чтобы получать продукты с разным ароматом – шоколада, меда, хлеба и др. Необходимо знать факторы, влияющие на реакцию меланоидинообразования, чтобы управлять процессом в нужном направлении. 1.Влияние рН.2. Влажность.3. Температура.4. Ионы металлов. 5.Структура сахара.6. Характер аминокислоты.
19. Белки бобовых культур. Белки масличных культур. Белки картофеля, овощей и плодов.
Основную часть семядолей бобовых культур (сои, гороха, фасоли, вики) составляют запасные белки, являющиеся в соответствии с классификацией Осборна глобулинами. Кроме того, в семенах содержится небольшое количество альбуминов, которые не являются запасными белками. В качестве самостоятельной группы в семядолях не обнаружены глютелины. Извлекаемые щелочью белки также представляют собой глобулины, но они находятся во взаимодействии с полисахаридами. Общее содержание белка в бобовых культурах высокое и составляет 20-40% от общей массы. Из суммарного солевого белкового экстракта осаждением сернокислым аммонием выделяют два основных глобулиновых компонента, получившие название вицилина и легумина. Среди бобовых культур в качестве источника пищевого биологически ценного белка наибольшее значение имеют семена сои. С их использованием организовано производство соевой муки (обезжиренной, полужирной и необезжиренной), концентратов и изолятов.
У масличных семян основной запасающей тканью для белков и ли-пидов является паренхима семядолей (подсолнечник, хлопчатник, рапс), эндосперм (семена клещевины, кориандра) или одновременно паренхима семядолей и эндосперм (хлопчатник, лен). Запасные белки сосредоточены в простых алейроновых зернах (семена хлопчатника, рапса, горчицы) и сложных (подсолнечник, клещевина). Простые алейроновые зерна не содержат посторонних соединений, тогда как сложные включают белковую и небелковую части. Сложные алейроновые зерна подразделяются на два типа: зерна, содержащие глобоиды - К, Mg, Са-соли инозитфосфорной кислоты, и зерна, в состав которых входят глобоиды и кристаллоиды. Кристаллоиды расположены в центре алейроновых зерен и окружены аморфной белковой зоной. Алейроновое зерно имеет вакуольную природу, вокруг него сосредоточены липи-ды, находящиеся в клетке, покрытой клеточной оболочкой (рис. 2.15). На долю белка в составе сухой массы алейроновых зерен приходится 60-80% общего белка семени. В белках семян масличных культур содержится 10-30% альбуминов и до 90% глобулинов. Белки алейроновых зерен (алейрины) представлены в основном глобулинами (80-97%) и незначительным количеством альбуминов и глютелинов (1-2%). Проламины в алейроновых зернах практически отсутствуют.Большой практический интерес представляют изменения белковых веществ масличных культур при подготовке семян к переработке и извлечению масел на масло-жировых предприятиях.
Относительно низкое содержание азотистых веществ в картофеле (около 2%), овощах (1,0-2,0%) и плодах (0,4- 1,0%) свидетельствует о том, что данные виды пищевого растительного сырья не играют значительной роли в обеспечении белком продуктов питания. Исключение составляет картофель, который, несмотря на невысокое содержание белка, как источник азотистых соединений имеет более существенное значение. Если учесть, что потребление картофеля в среднем составляет 330 г в день, то с данным видом продукта удовлетворяется 6-8% общей суточной потребности человека в белке. Количество белкового азота в клубнях картофеля обнаруживается в 1,5-2,5 раза больше, чем небелкового, тогда как в овощах и плодах, наоборот - менее 50% (например, в капусте 40%, винограде 7%). Небелковый азот картофеля представлен аминным (67-130 мг%) и нитратным азотом с аммиаком, которые от общего азота в клубнях составляют 18-31 и 10- 15%, соответственно. Сорта картофеля в большей степени отличаются по содержанию небелкового азота, чем белкового, и прежде всего по количеству свободных аминокислот. Среди них преобладают аланин, лизин, гистидин, глутаминовая кислота и фенилаланин.Белки картофеля являются биологически ценными белками, так как содержат все незаменимые аминокислоты. Среди овощных культур большим содержанием белка отличаются зеленый горошек (28,3-31,9%) и сахарная кукуруза (10,4-14,9% в расчете на сухой вес). Основную долю в зеленом горошке составляют глобулины (вицилин и легулин), в кукурузе - спирторастворимый зеин.
20. Белки мяса и молока.
Мясо, молоко и получаемые из них продукты содержат необходимые организму белки, которые благоприятно сбалансированы и хорошо усваиваются. В организме человека и животных белки мышц выполняют сократительную функцию, белки соединительной ткани и хрящей - структурную. Функции всех этих видов белков основаны на их фибриллярной природе. Содержание белка в мясных продуктах колеблется от 11 до 22%. Главными мышечными белками являются миозин и актин, молекулярная функция которых заключается в обеспечении механизма мышечного сокращения и расслабления при участии АТФ. Миозин по массе составляет 55% мышечного белка. Миозин обладает АТФ-гидро-лизующей активностью и способностью связываться с нерастворимым F-актином. Актин - это мономерный глобулярный белок с молекулярной массой 43 кД (G-актин), на долю которого приходится 25% общей массы мышечного белка. В мышечных клетках содержится глобулярный водора створимый хромопротеид миоглобин, имеющий в качестве простетической группы гем-циклический тетрапиррол, присутствием которого объясняется красный цвет этого белка. Биологическая функция миоглобина заключается не в транспортировании кислорода, как у гемоглобина, а в его запасании. Наиболее распространенным белком в животном мире является коллаген - главная макромолекула кожи, сухожилий, кровеносных сосудов, костей, роговицы глаза и хрящей. Он обеспечивает внеклеточную структуру в соединительной животной ткани, существуя не менее чем в пяти различных типах
Молоко - это гетерогенная система, в которой в качестве дисперсной фазы выступают эмульгированные жировые глобулы и коллоидные мицеллы казеина, а в роли дисперсионной среды - раствор белков, лактозы, солей и витаминов. Общее содержание белков в молоке колеблется от 2,9 до 3,5%. Среди них выделяются две основные группы: казенны и сывороточные белки (табл. 2.12). В молоке содержится более 20 ферментов (ксантиноксидаза, пероксидаза, каталаза, липаза, холинэстераза, α-амилаза, лизоцим, протеаза и др.), а также гормоны (пролактин, окси-тоцин, кортикостероиды, тироксин, трииодтиронин и др.) и белки в составе оболочек жировых шариков. Основными белками молока являются казенны, которые легко перевариваются и являются источниками незаменимых аминокислот, кальция, фосфора и ряда физиологически активных пептидов. Важнейшими физиологическими функциями обладают и сывороточные белки. Белки молока характеризуются высокой биологической ценностью, они содержат в избыточных количествах лизин и триптофан с одновременным недостатком серосодержащих аминокислот (см. Пищевая и биологическая ценность белков). Белки сыворотки содержат незаменимые аминокислоты в значительно больших количествах, чем казеин, включая лизин, треонин, триптофан, метионин и цистеин. На долю сывороточных белков от общего количества белков в молоке приходится 0,5-0,8%.
21. Процессы протекающие при хранении посоле и гниении мяса и мясопродуктов
Гниением называется процесс разложения белковых веществ, вызываемый микроорганизмами.
Клетки микроорганизмов непроницаемы для белков, так как белки являются высокомолекулярными коллоидными веществами, неспособными диффундировать через клеточные оболочки.
Микроорганизмы могут усваивать белки только после их расщепления, которое осуществляется с помощью ферментов, выделяемых ими. Продукты расщепления белков усваиваются клетками микроорганизмов.В процессе гниения участвует большое число разнообразных микроорганизмов. Например, при гниении мяса или крови в результате распада белков образуются полипептиды, которые быстро подвергаются дальнейшим изменениям. Превращение продуктов распада белков происходит через промежуточные вещества с образованием конечных плохо пахнущих продуктов гниения, а именно: аммиака, сероводорода, скатола, индола, крезола, фенола, меркаптанов и пр. Постепенно и непрерывно накапливаются летучие жирные кислоты, выделяется и накапливается СО2.
Гниение может происходить при доступе кислорода (аэробное гниение) и в отсутствии кислорода (анаэробное гниение). В анаэробных условиях образуется больше дурно пахнущих продуктов гниения.Химические процессы, происходящие при гниении, многообразны. NH3 и оксикислоты образуются при гидролитическом дезаминировании под действием ферментов микроорганизмов
NH3 и летучие жирные кислоты образуются под действием ферментов анаэробных бактерий при восстановительном дезаминировании
Амины образуются в результате декарбоксилирования, протекающего при участии ферментов микроорганизмов — декарбоксилаз
В процессе гниения из аминокислот, содержащих серу, выделяются сероводород и аммиак, и образуются меркаптаны.
Из холина при гниении может образоваться также ядовитое вещество нейрин.Нуклеопротеиды при гниении разлагаются на белок и нуклеиновую кислоту, которая затем распадается на составные части. Образуются гипоксантин и ксантин — продукты разложения нуклеопротеидов:

Таким образом, характерными продуктами гниения мяса являются аммиак, углекислый газ, сероводород, летучие жирные кислоты, фенол, крезол, индол, скатол, амины, триметиламин, альдегиды, спирты и т. д. Все эти продукты можно обнаружить химическим путем.
.Посол принято рассматривать как диффузионно-фильтрационный процесс, при котором в толщу мяса проникают посолочные ингредиенты, а из мяса выделяется часть влаги, экстрактивных веществ, белков и др.
Таким образом, массообмен – это накапливание в мясе в необходимых количествах посолочных веществ и их равномерное распределение по объему продукта, а также, возможно, потеря водосолерастворимых веществ мяса в окружающую среду.
Сухой посол сопровождается обезвоживанием, а также потерей водорастворимых веществ и соответственно уменьшением массы соленого полуфабриката (продукта). Мокрый и смешанный посол со шприцеванием, а также посол шприцеванием-массированием обеспечивают ее увеличение. На выход готового продукта влияет характер последующей после посола обработки (копчение, варка, запекание, охлаждение), которой обычно сопутствует потеря влаги. Поэтому, несмотря на вводимую при шприцевании в виде рассола воду, выход копчено-вареных мясных продуктов мокрого и смешанного посола во многих случаях ниже 100% (от массы несоленого сырья). Выход продуктов, вырабатываемых с применением рассолов, содержащих фосфаты, белковые препараты и полисахариды, благодаря высокой влагосвязывающей способности его компонентов существенно выше.
22 Процессы протекающие при хранении и переработке молочного сырья. Изменение белков молока при созревании сыра
Получение молочных продуктов в пищевой промышленности построено на процессах ферментации. Основой биотехнологии молочных продуктов является молоко. Молоко (секрет молочных желез) - уникальная естественная питательная среда. Она содержит 82-88% воды и 12-18% сухого остатка. В состав сухого молочного остатка входят белки (3,0-3,2%), жиры (3,3-6,0%), углеводы (молочный сахар лактоза - 4,7%), соли (0,9-1%), минорные компоненты (0,01%): ферменты, иммуноглобулины, лизоцим и т.д. Молочные жиры очень разнообразны по своему составу. Основные белки молока - альбумин, казеин. Благодаря такому составу молоко представляет собой прекрасный субстрат для развития микроорганизмов. В сквашивании молока обычно принимают участие стрептококки и молочнокислые бактерии. Путем использования реакций, которые сопутствуют главному процессу сбраживания лактозы получают и другие продукты переработки молока: сметану, йогурт, сыр и т.д. Свойства конечного продукта зависят от характера и интенсивности реакций ферментацииВсе технологические процессы производства продуктов из молока делятся на две части: 1) первичная переработка - уничтожение побочной микрофлоры; 2) вторичная переработка. Первичная переработка молока включает в себя несколько этапов. Сначала молоко очищается от механических примесей и охлаждается, чтобы замедлить развитие естественной микрофлоры. Затем молоко сепарируется (при производстве сливок) или гомогенизируется. После этого проводят пастеризацию молока, при этом температура поднимается до 80оС, и оно закачивается в танки или ферментеры. Вторичная переработка молока может идти двумя путями: с использованием микроорганизмов и с использованием ферментов. С использованием микроорганизмов выпускают кефир, сметану, творог, простокваши, казеин, сыры, биофруктолакт, биолакт, с использованием ферментов - пищевой гидролизат казеина, сухую молочную смесь для коктейлей и т.д. Созревание сыра - это совокупность сложных биохимических изменений составных частей сырной массы, в результате которых улучшаются органолептические свойства, и повышается физиологическая ценность продукта. Ферментативный гидролиз белков (протеолиз) считается основным в процессе созревания сыра. Под влиянием сычужного фермента и ферментов молочнокислых бактерий белки сырной массы распадаются с образованием многочисленных азотистых соединений. Сычужный фермент вызывает первичный распад параказеина на белковоподобные вещества, дальнейшее их изменение осуществляют ферменты молочнокислых бактерий.Параказеин постепенно распадается на белковые вещества, растворимые в воде, и высокомолекулярные полипептиды, затем на среднеи низкомолекулярные полипептиды и пептиды, три - и дипептиды и, наконец, на аминокислоты. Одновременно идет отщепление аминокислот, три - и дипептидов от полипептидов.
Следовательно, ферментативный распад параказеина сопровождается образованием растворимых в воде азотистых соединений, количество которых непрерывно увеличивается. К ним относятся растворимые в воде белковые вещества и небелковые соединения – смесь пептидов с различной молекулярной массой, аминокислоты, аммиак и др. Однако 50-80% параказеина (в зависимости от вида сыра) остается незатронутым ферментативным процессом.
Состав образующихся продуктов распада белков у мягких и твердых сыров различен. Он обусловлен видом используемой при созревании микрофлоры, режимами тепловой обработки сырного зерна, содержанием в сыре влаги, соли и т.д. Так содержание растворимых азотистых соединений в мягких сырах выше, чем в твердых. Это объясняется тем, что в мягких сырах содержится больше влаги и микрофлоры. Кроме того, в их созревании помимо молочнокислых бактерий участвуют плесневые грибы и бактерии сырной слизи, выделяющие активные протеолитические ферменты. По этой же причине в полутвердых самопрессующихся сырах протеолиз проходит активнее, чем в твердых. В мягких и полутвердых сырах среди продуктов распада белков преобладают пептиды, а в твердых - аминокислоты и аммиак. Следовательно, в твердых сырах, особенно в сырах с высокой температурой второго нагревания, при медленном созревании происходит более глубокий распад белков.
При распаде белков в сырах накапливаются свободные аминокислоты, которые в свою очередь подвержены распаду на более простые соединения. Аминокислоты под действием окислительно-востановительных и других ферментов микроорганизмов теряют аминогруппы (дезаминируются), углекислый газ (декарбоксилируются), вступают в реакции с кетокислотами, подвергаются другим изменениям. В результате образуется целый ряд химических соединений, играющих большую роль в формировании вкуса и аромата сыров.
23 Новые формы белковой пищи
Новые формы белковой пищи - это продукты питания, получаемые на основе различных белковых фракций продовольственного сырья с применением научно обоснованных способов переработки и имеющие определенный химический состав, структуру и свойства, включая биологическую ценность. Традиционными источниками для производства белковых продуктов являются соя и пшеница. Продукты из соевых белков подразделяются на три группы, отличающиеся по содержанию белка: мука-крупа, концентраты, изоляты. На базе указанных видов белковых продуктов организуется производство и маркетинг текстурированной муки, концентратов и изолятов. Выпускаются модифицированные и специальные белковые продукты. Соевая м у к а и к р у п а производятся на мельничном оборудовании путем измельчения до определенного размера частиц обезжиренных или необезжиренных семян с последующим их просеиванием. В муке и крупе содержится 40-54% (N х 6,25) белка от общей массы продукта. Разные виды муки (крупы) отличаются по содержанию жира. Соевые белковые к о н ц е н т р а т ы изготавливаются из очищенных и обезжиренных соевых бобов (белых лепестков) путем удаления растворимых в воде небелковых компонентов (олигосахаридов, ферментов, минеральных веществ). Концентраты содержат 65-70% белка на сухое вещество (N х 6,25). Из пшеницы или пшеничной муки методом водной экстракции небелковых и растворимых белковых компонентов получают сухую пшеничную клейковину. Так как клейковина является скоропортящимся продуктом, то важное место в технологическом процессе производства клейковины занимает сушка. В зависимости от соотношения белковых составляющих различают эффекты истинного и простого обогащения. Эффект истинного обогащения наблюдается в том случае, если скор для каждой незаменимой аминокислоты в белке создаваемого продукта не менее 1,0, а простого - если значения аминокислотного скора композиции хотя и меньше 1,0, но выше, чем значения данного показателя для белков каждого продукта в отдельности. Сбалансированность аминокислотного состава в белковых продуктах положительно отражается на их усвояемости
24 проблема обогащения белков лимитирующими аминокислотами
Основными способами получения аминокислот являются методы микробиологического (лизин, треонин, валин) и химического (метионин, триптофан, фенилаланин) синтеза, однако часть дефицитных аминокислот можно получать с применением ферментативных методов (метионин), экстракцией (цистин, тирозин) и генной инженерии (лизин, треонин). Употребление аминокислот в пищу требует тщательного контроля со стороны медиков и специалистов по питанию, так как здесь необходимы особые методы их потребления и приемы введения. Лимитирующие аминокислоты, находясь в составе пищи и не участвуя в полостном пищеварении, либо быстро поступят в кровеносную систему, либо останутся в кишечнике, где под влиянием микрофлоры станут объектом образования токсичных продуктов. Разница во времени поступления в кровь свободных аминокислот и аминокислот, образовавшихся при переваривании белков пищи, будет способствовать протеканию негативных ферментативных превращений дезаминирования, декарбоксилирования и т.д. Так, гистамин и серотонин, образующиеся при декарбоксилировании гистидина и триптофана, соответственно, относятся к веществам, вызывающим аллергию. Употребление ценных растительных белков в пищу в целом положительно отражается на здоровье людей. Поставляя организму незаменимые аминокислоты, белковые продукты являются источником пищевой клетчатки, способной образовывать структурные комплексы с лечебно-физиологической функцией воздействия на моторику кишечника и регуляцию уровня холестерина в крови. Растительные белки снижают уровень сывороточных липидов у больных гиперлипидемических состояний (атеросклероз, гипертония, сахарный диабет, желчекаменная болезнь, эндокринные расстройства и др.), в связи с чем интерес к замене животных белков на растительные в последние годы особенно возрастает. Так, замена в рационе питания больных с повышенным содержанием липопротеидов и холестерина в крови мясо-молочных продуктов на соевые белковые изоляты понижает уровень общего холестерина и холестерина с ЛМП.
25 функциональные свойства белков
Понятие "функциональные свойства белков" впервые ввели Серкл и Джонсон в 1962 г. Под функциональными свойствами понимают физико-химические характеристики белков, определяющие их поведение при переработке в пищевые продукты и обеспечивающие определенную структуру, технологические и потребительские свойства (В. Толстогузов, 1987).
К наиболее важным функциональным свойствам белков относятся растворимость, водосвязывающая и жиросвязывающая способность, способность стабилизировать дисперсные системы (эмульсии, пены, суспензии), образовывать гели, пленкообразующая способность, адгезионные и реологические свойства (вязкость, эластичность), способность к прядению и текстурированию. Белки с высокими функциональными свойствами хорошо растворяются в воде, образуют прочные гели, стабильные эмульсии и пены; белки с низкими функциональными свойствами не набухают в воде, не способны образовывать вязкие, эластичные массы, гели, не стабилизируют пены и эмульсии. Растворимость, являясь первичным показателем оценки функциональных свойств белков, характеризуется коэффициентами КРА и КДБ. В первом случае определяют количество азота, во втором – количество белка, перешедшего в раствор (в процентах от общего содержания его в продукте). Вклад электростатических сил в растворимость белков зависит от рН среды и присутствия солей. При рН, соответствующем ИЭТ, белки имеют наименьшую растворимость, так как суммарный заряд на их молекулах равен нулю и частицы лишены способности отталкиваться за счет электростатических взаимодействий с молекулами растворителя. В кислой или щелочной среде, наоборот, обеспечивается взаимодействие противоположно заряженных ионов растворителя (Н+ или ОН- соответственно) с поверхностями белковых частиц, заряженных положительно в кислой среде и отрицательно в щелочной, а значит и переход белков в раствор. В о д о с в я з ы в а ю щ а я с п о с о б н о с т ь характеризуется адсорбцией воды при участии гидрофильных остатков аминокислот, жиросвязывающая – адсорбцией жира за счет гидрофобных остатков. Ж и р о э м у л ь г и р у ю щ а я и п е н о о б р а з у ю щ а я с п о с о б н о с т и белков широко используются в практике получения жировых эмульсий и пен. П е н ы (дисперсные системы с газообразной фазой и жидкой или твердой средой) получают механическим распределением воздуха в растворе белка путем взбивания или за счет вскипания воды, понижения давления, обеспечения химических и микробиологических процессов в белоксодержащих пищевых системах. Так, белки клейковины образуют пену в хлебном тесте под действием диоксида углерода при брожении, а в кондитерском – за счет химических разрыхлителей при выделении аммиака и диоксида углерода. Г е л е о б р а з у ю щ и е с в о й с т в а белков характеризуются способностью их коллоидного раствора из свободно диспергированного состояния переходить в связнодисперсное (с образованием систем, обладающих свойствами твердых тел). В я з к о - э л а с т и ч н о - у п р у г и е с в о й с т в а . Отличительным свойством некоторых пищевых белков является низкий уровень полярности функциональных групп. Молекулы воды, окружая частицы белков, отталкиваются, а молекулы белков, наоборот, агрегируются с образованием комплексов с присущими им реологическими свойствами (вязкость, эластичность, упругость). Наиболее выраженным комплексом таких свойств обладают белки пшеничной клейковины
26. ПРЕВРАЩЕНИЯ БЕЛКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПОТОКЕ
Нативная трехмерная структура белков поддерживается разнообразием внутри- и межмолекулярных сил и поперечных связей. Любое изменение условий среды в технологических потоках производства пищевых продуктов оказывает влияние на нековалентные связи молекулярной структуры и приводит к разрушению четвертичной, вторичной и третичной структуры. Разрушение нативной структуры, сопровождающееся потерей биологической активности (ферментативной, гормональной), называют денатурацией. С физической точки зрения денатурацию рассматривают как разупорядочение конформации полипептидной цепи без изменения первичной структуры. Процесс денатурации протомера схематически представлен на рис. 2.17. Денатурация олигомерного белка заключается в диссоциации на протомеры, сопровождающейся или не сопровождающейся изменением их конформации. Большинство белков денатурируются в присутствии сильных минеральных кислот или оснований, при нагревании, охлаждении, обработке поверхностно-активными веществами (додецилсульфатом), мочевиной, гуанидином, тяжелыми металлами (Ag, Pb, Hg) или органическими растворителями (этанолом, метанолом, ацетоном). Широкое применение кислот, оснований, солей, органических растворителей предусматривается в практике выделения белков из пищевого сырья и готовых продуктов при изучении их свойств и структурных особенностей, а также при экстракции и очистке в технологии выделения концентратов и изолятов. Денатурированные белки обычно менее растворимы в воде, так как их полипептидные цепи настолько сильно переплетены между собой, что затрудняется доступ молекул растворителя к радикалам остатков аминокислот. Большая часть белков денатурируется при 60–80°С, однако встречаются белки и термостабильные, например, α-лактоглобулин молока и α-амилазы некоторых бактерий. Повышенная устойчивость белков к нагреванию часто обуславливается наличием в их составе большого количества дисульфидных связей. Однако степень денатурирующего воздействия температуры на белки зависит и от их влажности, реакции и солевого состава среды и присутствия небелковых соединений. Например, температура денатурации белков сои и подсолнечника существенно понижается в присутствии кислот жирного ряда, в кислой и влажной среде, но повышается в присутствии сахарозы и крахмала. Факторы, вызывающие денатурацию белков, имеют особо важное значение для регулирования активности ферментов. Любые воздействия, направленные на стабилизацию вторичной и третичной структуры, приводят к повышению активности ферментов, а те, которые разрушают нативную структуру, – к их инактивации.
При температуре от 40–60°С до 100°С со значительной скоростью протекает взаимодействие белков с восстанавливающими сахарами, сопровождающееся образованием карбонильных соединений и темноокрашенных продуктов – меланоидинов (реакция Майяра). Сущность реакций меланоидинообразования заключается во взаимодействии группы –NH2 аминокислот с гликозидными гидроксилами сахаров (см. гл. 3). Сахаро-аминные реакции являются причиной не только потемнения пищевых продуктов, но и уменьшения в них сухого вещества и потерь незаменимых аминокислот (лизина, треонина). Меланоидины понижают биологическую ценность изделий, так как снижается усвояемость аминокислот из-за того, что сахароаминные комплексы не подвергаются гидролизу ферментами пищеварительного тракта. К тому же количество незаменимых аминокислот уменьшается. Это уменьшение происходит не только за счет взаимодействия их с восстанавливающими сахарами, но и за счет взаимодействия между собой функциональных групп –NH2 и –СООН самого белка. Реакции протекают с образованием внутренних ангидридов, циклических амидов и ω–ε изопептидных связей. Механизм образования связей с участием глутаминовой кислоты и ее амида представлен на рис. 2.18. Изопептиды обнаружены в кератине, молочных белках и белках мяса.
Тепловая денатурация белков является одним из основных физико-химических процессов, лежащих в основе выпечки хлеба, печенья, бисквитов, пирожных, сухарей, сушки макаронных изделий, получения экструдатов и сухих завтраков, варки, жарения овощей, рыбы, мяса, консервирования, пастеризации и стерилизации молока. Данный вид превращений относится к полезным, так как он ускоряет переваривание белков в желудочно-кишечном тракте человека (облегчая доступ к ним протеолитических ферментов) и обуславливает потребительские свойства пищевых продуктов (текстуру, внешний вид, органолептические свойства). В связи с тем, что степень денатурации белков может быть различной (от незначительной до полного изменения расположения пептидных цепей с образованием новых ковалентных –S–S-связей), то и усвояемость полимеров может не только улучшаться, но и ухудшаться. Параллельно могут изменяться физико-химические свойства белков.
27. количественное и качественное определение белка
Присутствие белков в пищевых объектах устанавливается с помощью качественных реакций, которые условно разделяют на две группы: а) цветные реакции; б) реакции осаждения.
Среди первой группы различают универсальные реакции (биуретовая на пептидные связи и нингидриновая на α-аминокислоты) и специфические, обусловленные присутствием в белках остатков определенных аминокислот. Так, ксантопротеиновая реакция свидетельствует о наличии в белках остатков ароматических аминокислот, реакция Паули – гистидина и тирозина, Адамкевича и Вуазене – триптофана, нитропруссидная – цистеина, а реакция Сакагучи – аргинина. По результатам специфических реакций ориентировочно можно судить о пищевой ценности белков.
Во второй группе реакций белки осаждают действием солей, органических растворителей, концентрированных кислот, щелочей, ионов тяжелых металлов, температуры и в изоэлектрической точке. Белки в растворенном состоянии крайне неустойчивы, поэтому при добавлении органических растворителей (спирт, ацетон), концентрированных растворов нейтральных солей щелочных металлов и воздействии физических факторов (нагревание, облучение, ультразвук) гидратная оболочка разрушается и они выпадают в осадок.
Так как белковые вещества сырья (муки, крупы, молока, мяса), включая ферменты, часто являются определяющими в обеспечении качества пищевых изделий, то для изучения физико-химических, биохимических и физиологических свойств этих соединений обязательным условием является получение белков в индивидуальном и, по возможности, неденатурированном состоянии. Белки обычно теряют природные (нативные) свойства (растворимость, гидратацию, ферментативную активность и т.д.), подвергаясь денатурации под влиянием различных факторов. Типичным примером необратимой денатурации белков является выпадение их в осадок под действием ТХУ. Длительный контакт со спиртом также приводит к необратимой денатурации белка. Денатурирующее действие различных факторов на белки можно смягчить, если проводить операции выделения их при температуре не выше +4°С.
Методы выделения и очистки белков. Общая схема операций по выделению белков сводится к измельчению биологического материала (гомогенизации), экстрагированию и собственно выделению, то есть очистке и получению белка в индивидуальном состоянии. При изучении метаболических процессов в живых организмах (в созревшем зерне, плодах, овощах) морфологическая и биохимическая целостность клеток и тканей сохраняется в максимальной степени, тогда как при исследовании состава сырья и готовых пищевых продуктов потеря целостности структуры несущественна. Гомогенизацию объектов следует рассматривать как начальную стадию выделения белков, но способ ее определяется постановкой задачи. Например, анализ ферментов из растительных материалов часто затруднен тем, что при гомогенизации экстрагируется большое количество фенолов, которые взаимодействуют с карбонильными группами пептидных групп при помощи водородных связей и вызывают денатурацию белка и потерю ферментами своей активности. Добавление в экстракт поливинилпирролидона, образующего с фенолами нерастворимые комплексы, предотвращает инактивацию ферментов.
Разрушение клеточной структуры осуществляется тщательным измельчением материала в гомогенизаторах, мельницах, попеременным замораживанием и оттаиванием, применением ультразвуковых высокочастотных колебаний, пресс-методов с использованием высоких давлений и метода "азотной бомбы". В последнем случае клетки насыщаются азотом под давлением, которое затем сбрасывается и клетки разрушаются. Эффективность гомогенизации зависит не только от способа разрушения клеточных структур, но и от вида анализируемого материала. Животные клетки разрушаются относительно легко, особенно в отсутствие сосудистой и соединительной ткани, тогда как растительные и микробные – из-за присутствия клеточных стенок – трудно. В таком случае применяют методы растирания материала с твердыми веществами (песок, абразивный порошок) или обработку клеточных стенок лизоцимом или ферментными препаратами, содержащими целлюлазу, хитиназу и липазу. Гомогенизацию рекомендуется проводить в холодных комнатах или с использованием льда.
Экстракция белков может быть совмещена с гомогенизацией клеток и тканей либо проведена отдельно, если продукт заранее измельчен. Для
определения ферментативной активности белка достаточно одноразовой экстракции, тогда как для количественного определения белковых фракций зерна – трех- или пятикратной. Условия экстрагирования белков (время, гидромодуль, температура и т.д.) подбираются эмпирически, основываясь на методиках ведущих научных школ.
Большинство белков животных тканей хорошо растворимы в 5–10% растворах солей, тогда как для перевода в раствор белков зерновых культур применяют более широкий набор растворителей. Для этого используются буферные системы со значениями рН от кислых до слабощелочных (фосфатные, боратные, цитратные, трис-HCl), органические растворители и неионные детергенты, разрывающие белок-липидные или белок-белковые связи:
Растворители подбираются с учетом разрыва в белках определенных типов связей. Так, уксусная кислота ослабляет ионные связи, сообщая молекулам одноименные положительные заряды, мочевина – водородные и гидрофобные, салицилат натрия и ДДС-Na – гидрофобные и ионные, а водные растворы спиртов – водородные и гидрофобные взаимодействия. Органические растворители разрывают белок-липидные связи.
При изучении физико-химических свойств белков и их превращений в пищевых системах широко используют методы фракционирования и очистки от небелковых соединений. Они основаны на различиях таких свойств белков, как размер молекул, растворимость, заряд и сродство к специфическим химическим группам.
В практике выделения и очистки белков используются различные типы хроматографии: адсорбционная, распределительная, ионообменная и хроматография по сродству. Адсорбционная хроматография основана на различиях в полярности белков. В колонке вместе с буферным раствором упаковывают адсорбент, на который в небольшом объеме растворителя наносят исследуемый образец. Компоненты разделяемой смеси адсорбируются, затем элюируются с помощью буферного раствора с увеличивающейся концентрацией или полярностью. Фракции белка собирают с помощью автоматического коллектора фракций.
В распределительной хроматографии, в отличие от адсорбционной, в качестве неподвижной фазы выступает водный слой, удерживаемый твердой фазой (силикагель, бумага). Разделяемые вещества многократно распределяются между водным слоем и движущейся фазой растворителя и с разной скоростью перемещаются подлине колонки или бумаге. Распределительную хроматографию на бумаге часто используют для анализа пептидов и аминокислот. Адсорбентом служат нити целлюлозы, а растворителем – смесь органических растворителей, например: бутиловый спирт–уксусная кислота–вода. Хроматограмму проявляют, высушивают и анализируют местонахождение разделяемых компонентов тем или иным способом.
Методом ионообменной хроматографии белки или аминокислоты разделяют на основе различий в общем заряде молекул. Если белок в нейтральной среде (рН 7) имеет положительный заряд, то он связывается на колонке с ионообменником, содержащим фенольные, сульфо- и карбоксильные группы (катионообменник), если отрицательный, то – на колонке с ионообменником, представленным аминами или органическими основаниями (анионообменник). Чаще всего для фракционирования белков используют производные полистирола и целлюлозы:
Положительно заряженный белок снимается с колонки с помощью раствора хлористого натрия или изменением рН элюирующего буфера. При этом ионы натрия конкурируют с положительно заряженными группами белков. Белки с меньшим положительным зарядом вымываются с колонки первыми, с большим зарядом – последними.
Хроматография по сродству (аффинная хроматография,) основана на принципе избирательного связывания белков со специфическими веществами (лигандами), прикрепленными к носителю. Лиганд (глюкозу) ковалентно присоединяют к носителю (проводят иммобилизацию) и наносят на колонку исследуемую белковую смесь. Несвязавшиеся белки удаляют соответствующим буфером, а нужный белок элюируют
раствором, содержащим лиганд в очень высокой концентрации. При этом присоединенные к колонке остатки глюкозы в молекуле белка замещаются на глюкозу, находящуюся в растворе (рис. 2.20).
Гель-фильтрация, или метод молекулярных сит заключается в пропускании белков через колонку с гелем сефадекса или других типов (агарозных, полистирольных). Применяются также пористые стеклянные шарики и пористый кварц (порасил). Наибольшее распространение получили декстрановые гели (сефадекс), являющиеся продуктом поперечного сшивания полисахаридных цепочек декстрана. Зерна сефадексов разных номеров содержат поры разных размеров, в которые могут проникать белки с определенной молекулярной массой. Низкомолекулярные белки распределяются в растворенном виде как внутри частиц полимера, так и между ними, а высокомолекулярные – только между частицами, поэтому вторые быстрее проходят через колонку и первыми вытекают из белков, например гороха, этим методом удалось получить более 150 различных компонентов.
Очень высокую разрешающую способность имеет метод изоэлектрического фокусирования белков, в основе которого лежит фронтальный электрофорез, проводимый на колонке одновременно в градиенте рН и напряжения. Колонку предварительно заполняют носителями с синтетическими смесями полиаминополикарбоновых кислот (амфолитами), затем сверху в нее подают раствор сильной кислоты, снизу – сильнощелочной раствор для того, чтобы установить градиент рН с крайними значениями, соответствующими рН кислого и щелочного растворов. Амфолиты прекращают движение по колонке, когда их суммарный заряд становится равным нулю, и тем самым стабилизируют исходный градиент рН. В подготовленную колонку вносят образец исследуемой смеси, компоненты которой распределяются по зонам со значениями рН, характерными их изоэлектрическим точкам.
В химии пищевого белка применяют и другие разновидности электрофоретическогоразделения(иммуноэлектрофорез, изотахофорез), а также метод пептидных карт и ультрацентрифугирование. Метод пептидных карт (отпечатков пальцев) относится к методам двумерного разделения и наиболее часто используется для анализа пептидов. Пептиды получают избирательным гидролизом белков, затем на бумаге их разделяют в горизонтальном направлении электрофорезом, в вертикальном – распределительной хроматографией. Пептиды окрашивают нингидрином, элюируют и определяют аминокислотный состав.
В методе ультрафильтрации белки в градиенте плотности распределяются на разных уровнях центрифужной пробирки в процессе седиментации (осаждения) в виде отдельных зон. Для создания градиента используют соли тяжелых металлов и растворы сахарозы. Метод широко применяется для определения молекулярных масс белков по константе седиментации (S), которая зависит от массы и формы белковых частиц:
Очистка белков от низкомолекулярных соединений (солей, сахаров, аминокислот) осуществляется методами диализа, гель-фильтрации на сефадексе G-25, кристаллизации, ультрафильтрации и с помощью полых волокон. При диализе используют полупроницаемые мембраны (целлофан, коллодийная пленка), через которые белки не диффундируют и остаются внутри диализного мешочка. Более мелкие молекулы проходят через поры диализной мембраны и выходят в диализат. В методе ультрафильтрации,
который применяется, например, в производстве сывороточных белков молока, соевых белковых изолятов, по обе стороны мембраны создается разность давлений за счет продавливания фильтруемого белкового раствора. В качестве мембран используются целлюлозные пленки и нецеллюлозные полиэлектролитные комплексы. Аналогично мембранам по принципу молекулярного сита действуют и полые волокна. Белковый раствор помещается с внешней стороны волокон, и создается разность давления за счет повышения его в растворе или понижения внутри их.
Гомогенность белка определяется на последнем этапе выделения и очистки с применением по меньшей мере двух методов, оценивающих то или иное физико-химическое свойство. Наиболее достоверными являются ультрацентрифугирование в градиенте плотности, диск-электрофорез в ПААГ, иммунохимические методы и растворимость. Если белок при электрофорезе представлен только одной полосой и обладает при этом максимальной биологической активностью, то он считается гомогенным. Для гомогенного белка на кривой растворимости (зависимости растворенного белка от общего его количества в постоянном объеме растворителя) имеется только один перегиб, тогда как для гетерогенного – столько, сколько в нем индивидуальных компонентов.
Содержание белка в пищевых объектах обычно определяют по количеству азота с использованием метода Кьельдаля. С целью упрощения и сокращения длительности анализа этот метод с момента его разработки (1983) неоднократно модифицировался с применением различных катализаторов и условий минерализации. На основе модифицированных методов созданы высокопроизводительные автоматические анализаторы типа "Кьельфос", стоимость определения содержания белка на которых и сегодня остается высокой. Существует и некоторая условность в методе Кьельдаля при расчете количества белка, заключающаяся в использовании переводного коэффициента. Однако, несмотря на недостатки, метод Кьельдаля является унифицированным, он включен в ГОСТы на многие пищевые продукты.
Для перевода количества азота в содержание белка используют коэффициент 6,25. Принят он потому, что большинство белков содержит 16% азота (100/6,25 = 16). Однако более правильным является использование коэффициентов, соответствующих фактическому содержанию сырого белка
в каждом его виде. Так, для пшеницы получен коэффициент 5,7, так как ее белки содержат 17,5% азота. Для других белковых ресурсов коэффициенты перевода приняты следующими: 5,7 – рожь, ячмень, овес, семена подсолнечника; 5,8 – соя; 6,25 – кукуруза, мясо; 6,38 – молоко. Имеются и другие методы определения азота, такие как метод Дюма, нейтронно-активационный и с фенолятгипохлоритом на приборе "Техникон". Принцип метода Дюма заключается в разложении органического соединения в атмосфере оксида углерода до газообразного состояния с последующим измерением объема азота (N2). В нейтронно-активационном методе атомы азота образца бомбардируются нейтронами в ядерном реакторе с получением изотопа 13N. Содержание белка рассчитывают по количеству гамма-лучей. Определение азота на приборе "Техникон" осуществляется колориметрическим способом, в котором измеряется интенсивность сине-голубой окраски, образующейся по реакции взаимодействия сульфата аммония, выделяющегося в процессе минерализации образца, с щелочным раствором фенола и гипохлорита. Все
описанные здесь методы по точности анализа не уступают методу Кьельдаля, однако они являются достаточно дорогими.
Широкое распространение получил метод инфракрасной спектроскопии, в основе которого лежит поглощение белками света с определенной длиной волны и измерение интенсивности его отражения в приборах-анализаторах. Приборы калибруют по образцам зерна (эталонам) с известным содержанием белка, определяемым по методу Кьельдаля.
Известны методы количественного определения белка, основанные на различной степени помутнения (нефелометрический метод), способности белков адсорбировать красители (кумасси синий R-250, амидочерный и др.) и преломлять лучи света (по показателю преломления). Они характеризуются высокой точностью и простотой определения, хотя имеют ряд ограничений. Наиболее удобными являются методы с кумасси синим, биуретовый и Лоури. В основе биуретового метода лежит биуретовая реакция, в основе метода Лоури – восстановление фосфомолибденовой кислоты тирозином и триптофаном с одновременным протеканием биуретовой реакции. По оптической плотности с использованием калибровочных графиков находят концентрацию белка в растворах
28. Гидролитическая порча жировю рафинация
Гидролитической порче подвергаются жиры, содержащие белковые вещества и воду. Наличие плесеней также вызывает гидролиз триглицеридов. Под действием собственных ферментов и ферментов, вырабатываемых микроорганизмами и плесенями жиры гидролизуются с образованием моно-, диглицеридов и свободных карбоновых кислот: 
Скорость гидролиза жиров находится в прямой зависимости от концентрации водородных ионов, которые как ионы гидроксила, являются катализаторами этого процесса. Процесс гидролиза протекает значительно быстрее в присутствии некоторых металлов или их оксидов, например Zn, ZnО, СаО, МgО.
Низкомолекулярные кислоты сильно меняют вкус и запах жира. Из-за гидролиза особенно сильно изменяются органолептические показатели молочного жира и кокосового масла, содержащие в своем составе низкомолекулярные летучие жирные кислоты. Высокомолекулярные жирные кислоты вкуса и запаха не имеют, поэтому увеличение их содержания при гидролизе не изменяет органолептических показателей жира.Гидролитический распад жиров, липидов зерна, муки, круп и других жиросодержащих пищевых продуктов является одной из причин ухудшения их качества и порчи.
В масле полностью созревших семян масличных культур свободные жирные кислоты отсутствуют, но в процессе извлечения его из сырья и хранении они образуются вследствие гидролиза. При хранении масличных семян в условиях относительно высокой температуры и повышенной влажности процесс гидролиза в масле протекает особенно интенсивно. Нерафинированные растительные масла интенсивно подвергаются гидролизу. Поэтому извлеченное из семян масло подвергают рафинации и дезодорации.
Гидролитическая порча протекает в тканевых жирах, жире-сырце (внутренний жир), жире мяса, соленом жире (шпик), жире копченных колбасных изделий, в сливочном масле. Скорость и глубина гидролиза жира зависит от температуры. Процесс ускоряется при температуре выше 10-20оС, замедляется при снижении температуры.
Глубина гидролитического распада определяется содержанием свободных жирных кислот и характеризуется величиной кислотного числа. К и с л о т н о е ч и с л о (КЧ) – это количество миллиграммов едкого кали, необходимого для нейтрализации жирных кислот, содержащихся в 1 г масла или жира. Кислотное число характеризует с т е п е н ь с в е ж е с т и ж и р а. В свежем жире кислотное число не выше 0,05-0,2 мг КОН. Кислотное число для ряда пищевых продуктов нормируется стандартами и является одним из показателей, характеризующих их качество.
Гидролиз фосфолипидов, содержащихся в молочном жире, приводит к образованию холина. При разложении холина образуются ядовитые вещества: нейрин, мускарин, триметиламин. Триметиламин придает молочному жиру рыбный запах.
В топленых жирах автолитический гидролиз не наблюдается, т.к. при топке жира при 80оС фермент липаза полностью теряет свою каталитическую активность. Кроме того, в топленых жирах не содержится вода, поэтому топленые жиры не подвергаются гидролитической порче.
Для предотвращения гидролитической порчи жиров необходимо соблюдать следующие правила:
- жир должен быть сухим и чистым;
- хранить жир при низкой температуре;
- если возможно, жир нужно перетопить;
- нельзя хранить жир в металлической таре.
Рафинация растительных масел
Растительные масла природного происхождения это сложные многокомпонентные системы, состоящие в основном из сложных эфиров глицерина и жирных кислот (триглицеридов) разнообразного состава и веществ растворимых в них в различной степени. В маслах и жирах содержатся разнообразные примеси – свободные жирные кислоты, которые ухудшают вкусовые качества и ускоряют окислительную порчу, фосфолипиды, выпадающие в осадок ухудшают товарный вид, ароматические вещества и пигменты, придающие специфические органолептические свойства маслам и жирам. Это так называемые сырые масла, то есть не обработанные после выделения из семян и плодов. Некоторые из них (соевое, рапсовое, кукурузное) в виду наличия неудовлетворительного вкуса или запаха, а так же из-за присутствия токсических веществ (хлопковое) не пригодны к употреблению в пищу. Для улучшения потребительских качеств масел и жиров их подвергают очистке в различной степени – рафинации.
Под термином рафинация понимается сложный многостадийный процесс, требующий соответствующего аппаратурного оформления. Как правило, рафинация состоит из следующих стадий:
• гидратация
• нейтрализация (часто совмещенная с гидратацией)
• отбеливание
• вымораживание
• дезодорация.
Для различных масел возможны варианты, например соевое масло не требует вымораживания, т.е. удаления воскоподобных веществ, по причине их отсутствия. Так же в последнее время распространена так называемая физическая рафинация, которая применяется, в основном, для подсолнечного масла. В этом случае удаление жирных кислот происходит не с помощью щелочи (гидроксид натрия, метасиликат натрия), а в процессе дезодорации в более жестких условиях и в дезодораторе, специально сконструированном для подобного процесса.
Гидратация. Основная цель гидратации – извлечение из нерафинированного масла фосфатидов и некоторых гидрофильных веществ. Масло обрабатывают раствором лимонной или фосфорной кислоты, а затем производят разделение фаз с использованием сепараторов или емкостных аппаратов с перемешивающим устройством - нейтрализаторов.  Отходом является гидрофуз, который реализуется предприятиями вместе с соапстоком, или превращается в фосфатидный концентрат.
Нейтрализация. Процесс обработки масла щелочью для удаления жирных кислот. Применяются различные схемы нейтрализации – непрерывная и периодическая.
Непрерывная нейтрализация производится с использованием сепараторов, при температурах порядка 90-100 оС. В последнее время появились технологии низкотемпературной рафинации, в процессе которой производится удаление воскоподобных веществ вместе с соапстоком. Отход нейтрализации – соапсток, реализуется потребителям мыловаренной промышленности.
Периодическая нейтрализация производится в специальных аппаратах – нейтрализаторах, процесс подразумевает совмещенное проведение гидратации и нейтрализации. Масло предварительно обрабатывают раствором лимонной либо фосфорной кислоты, а затем вводят щелочь либо силикат натрия (метасиликат натрия). Использование силиката натрия оправдано тем, что не требуется промывка масла от остатков щелочи, но соапсток получается очень густой и требует дальнейшей обработки для сокращения потерь. Силикатная рафинация проводится при пониженных температурах (20-25 оС), что способствует значительному выводу из масла воскоподобных веществ и сокращает дальнейшие затраты на стадии вымораживания.
Отбеливание. Используется для проведения адсорбционной очистки от различных пигментов и остатков фосфатидов и мыла после щелочной нейтрализации. Производится в отбельных аппаратах периодического либо непрерывного действия. Процесс производится под вакуумом (30-50 мм. рт. ст.), при температурах 85-110 оС, иногда используется низкотемпературная отбелка (25-30 оС), но этот процесс не эффективен, так как очень мало уменьшается интенсивность окраски, плохо выводятся фосфатиды, а так же затруднена дальнейшая фильтрация.
В качестве адсорбента, как правило, используют кислотно активированную отбельную землю (глину) – природный минерал монтмориллонит. Добывается в карьерах, измельчается и обрабатывается соляной или серной кислотой. Так же, иногда добавляют активированный уголь в количестве 5-10%. Глину подбирают исходя из вида перерабатываемого сырья, условий производства и возможностей фильтрации суспензии  - разделения отработанной глины и масла. Как правило, чем активнее глина сорбирует примеси, тем тоньше гранулометрический состав и хуже фильтрация, и соответственно наоборот. Поэтому необходимо использовать качественные адсорбенты, производителей которые работают над проблемой баланса отбеливающей способности и высокой скорости фильтрации. Отход производства – отработанная отбельная глина вывозится на специальные полигоны промышленных отходов.
Вымораживание (винтеризация). Используется для удаления из масел воскоподобных веществ, как правило, из подсолнечного и кукурузного. Проводится в специальных аппаратах – кристаллизаторах и экспозиторах. Применяется как периодическое, так и непрерывное. В процессе вымораживания масло смешивают с кизельгуром, либо перлитом и медленно охлаждают до температуры 5-8 оС, затем выдерживают несколько часов и отправляют на фильтрацию. Отход производства – отработанный фильтровальный порошок вывозится на специальные полигоны промышленных отходов.
В основном, в качестве добавки при вымораживании используется кизельгур (диатомит) – природный материал, состоящий из остатков древних микроорганизмов. Добывается в карьерах, а затем подвергается прокаливанию с флюсом, после чего производится фракционирование по гранулометрическому составу. От свойств используемого кизельгура очень сильно зависит качество получаемого масла (способность выдерживать холодный тест), а так же скорость фильтрации. Поэтому использование некачественного материала приводит к трудному ведению процесса, а так же повышенным потерям. Перлит, в качестве добавки используется реже, по причине повышенной маслоемкости, кроме того из-за низкой плотности имеются трудности при транспортировании.
Фильтрация. Неотъемлемая часть отбелки и вымораживания. Процесс производится с использованием листовых напорных фильтров состоящих из жестких фильтрующих элементов из нержавеющей стали собранных на коллекторе и заключенных в герметичный корпус. Гораздо реже используются пластинчатые пресс-фильтры, покрытые фильтровальным материалом – бельтингом. Процесс характеризуется скоростью и чистотой фильтрата. Так же используется полировочная фильтрация с помощью нетканого материала, для удаления небольшого количества мелких примесей из масла.
Качественная отбельная глина, сбалансированная по гранулометрическому составу, позволяет проводить фильтрацию с высокой скоростью без так называемого «пыления» фильтра – когда очень мелкие частички отбельной глины проникают через намывной фильтрующий слой. Ввиду высокой активности отбельной глины по отношению к окислению масла, фильтрацию после отбеливания необходимо проводить без доступа воздуха - масло может контактировать с кислородом только после охлаждения, иначе резко повышается количество свободных радикалов и растет анизидиновое число. Осушение фильтра, после завершения цикла фильтрации производят паром.
Фильтрация после вымораживания производится   с предварительной намывкой фильтрующего слоя с помощью кизельгура, для избегания налипания сорбированных восков на фильтрующую сетку, поскольку это приводит к очень быстрому прекращению фильтрации. Масло, подающееся на фильтрацию, подогревают до температуры порядка 15 оС, очень мягко, чтобы не расплавить кристаллизовавшиеся воски. Так же как и в случае отбелки, качественный фильтрующий материал способствует проведению фильтрации с высокой скоростью и длительным циклом, тем самым повышая производительность оборудования. Осушение фильтрующего слоя производится с помощью сжатого воздуха, частые сушки приводят к повышенному расходу воздуха и, соответственно, электроэнергии.
Дезодорация. Является завершающей стадией рафинации. Масло находящееся в дезодораторе обрабатывается острым паром при температурах 225 - 260 оС, и остаточном давлении 1-3 мм. рт. ст. В результате производится удаление одорирующих веществ, пестицидов, гербицидов и жирных кислот. Более высокие температуры характерны для физической рафинации – при которой происходит удаление жирных кислот во время дезодорации. Температура выше 260 оС не используется по причине заметного повышения количества транс-изомеров жирных кислот в дезодорированном масле. В зависимости от конструкции и исполнения масло находится в дезодораторе от 40 минут до двух часов.  В погонах дезодорации, кроме перечисленных выше веществ находятся так же неомыляемые вещества, токоферолы и нейтральный жир увлекаемый общим газовым потоком. Крайне важно, для получения качественного дезодорированного масла произвести тщательную подготовку масла на предыдущих стадиях, так например, при наличии фосфатидов в масле произойдет их пригорание, и масло приобретет опалесцирующую окраску, а кроме того будет чувствоваться привкус гари.
 Отходы и потери при рафинации. Очень важный показатель, характеризующий весь процесс рафинации и дезодорации. В первую очередь потери зависят от качества исходного масла - количества жирных кислот (кислотного числа), массовой доли фосфатидов, цветного числа, наличия влаги и посторонних примесей. Но одно и то же масло, переработанное на различных установках, или с использованием различных вспомогательных материалов может быть переработано с различным выходом готовой продукции. Например, если использовать слабоактивированную отбельную глину, и фильтровальный порошок (кизельгур) ненадлежащего качества, то потери, при прочих равных условиях, по сравнению с качественными материалами могут возрасти на 1-2%, в первую очередь за счет увеличения дозировок, а так же за счет большей маслоемкости отработанных материалов.
29. Окисление жиров. Методы защиты о кисления.
Окисление жиров атмосферным кислородом в той или иной степени происходит уже при их получении и переработке. При хранении в неблагоприятных условиях жиры приобретают неприятные вкус и запах и часто оказываются непригодными для пищевых целей. Этот процесс называется прогорканием и происходит в результате окисления жиров кислородом воздуха, а также биохимическим путем.
Глубина окислительных процессов и скорость окисления находятся в прямой зависимости от количества входящих в жиры глицеридов полиненасыщенных жирных кислот и степени их ненасыщенности. Преимущественно окисляется группа —СН2-, соседняя с двойной связью (а-положение), а с наибольшей скоростью — расположенная между двумя двойными связями. В результате воздействия кислорода воздуха на жиры происходит накопление различных продуктов распада, ухудшающих органолептические и реологические свойства. Жиры, в которых начались окислительные процессы, имеют пониженную стойкость при дальнейшем хранении. Совершенно неокисленные жиры трудно поддаются воздействию молекулярного кислорода. Скорость окисления зависит также от интенсивности соприкосновения жира с воздухом и от температуры. Химические методы защиты жиров от окислительной порчи
Для предотвращения окислительной порчи жиров, сливочного масла, маргарина, иногда и растительных масел вводят в состав готового пищевого продукта в небольшом количестве (не более 0,01%) пищевые добавки - антиоксиданты. Антиоксиданты препятствуют или задерживают окисление жиров, т.е. обрывают радикально-цепную реакцию, протекающую при окислительной порче жира:
RООН + АН → RН + АООН
окисленный жир антиоксидант восст. жир окисл.антиоксидант
Антиоксиданты могут быть естественного происхождения и синтетические. К естественным относятся витамины Е (токоферолы) и А(каротиноиды). Сюда же относится микроэлемент селен, а также производные пирокатехина и таннины.
Среди синтетических антиоксидантов наибольшее значение имеют соединения фенольной природы: ионол (Е322), БОТ (Е321), БОА (Е320), пропилгаллаты (Е310-312). Введение антиоксидантов увеличивает стойкость жиров к окислению в 10-15 раз.
Активность и продолжительность действия антиоксидантов увеличивается в присутствии синергистов. Синергисты дезактивируют ионы металлов переменной валентности (Fе, Сu, Со, Мn, Рb, Sn), играющих роль катализаторов окисления, связывая их в комплексы. Активными синергистами являются аминокислота метионин, лимонная и аскорбиновая кислоты, фосфолипиды, лецитин, производные фосфорной кислоты.
Антиоксиданты и синергисты должны отвечать следующим требованиям:
- предохранять жиры и масла от окисления в течение длительного времени;
- растворяться в жирах;
- не вносить посторонних вкуса и запаха;
- не оказывать в применяемых концентрациях вредного воздействия на организм человека.
Высокими антиокислительными действиями обладают некоторые природные специи (перец, мускатный орех), чеснок, лук. Сильные антиокислительные свойства проявляют пирокатехины чая, флавоноиды красного винограда.
30. методы выделения липидов из сырья и пищевых пр
Анализ липидов и продуктов их превращений является сложной задачей, требующей применения, наряду с классическими химическими методами, современных физико–химических методов исследования (хроматографии, спектроскопии, рентгеноструктурного анализа и т. д.).
Изучение липидов начинается с определения их количества (содержания) в пищевых продуктах. Для этого используются методы определения содержания липидов непосредственно в объекте (ЯМР, ИК–спектроскопия) и методы, основанные на извлечении липидов из пищевого продукта (свободные, связанные, прочносвязанные липиды). Свободные липиды экстрагируются из анализируемого продукта неполярными растворителями (гексаном, диэтиловым эфиром), связанные – системами растворителей, содержащими, как правило, спирт (смесь хлороформа и метанола, взятых в объемном
соотношении 2 : 1). Прочносвязанные липиды получают из обработанного щелочами и кислотами шрота, оставшегося после выделения связанных липидов. Основные требования, предъявляемые к методам выделения, – полнота выделения и сохранение нативности выделенных липидов.
Химический состав липидов, выделенных из пищевого сырья и продуктов, исследуется по схеме (см. рис. 4.6), причем в каждом конкретном случае выбирают тот набор анализов, который позволяет получить максимальный объем интересующей исследователей информации. Подробное описание методов выделения и исследования липидов приведено в специальных руководствах.
В практике пищевой промышленности состав и качество жиров и масел характеризуют с помощью разнообразных аналитических "чисел", подразумевая под ними расход определенных реагентов на реакции с жиром. Наибольшее значение имеют числа: кислотное, омыления, йодное.
Кислотным числом называется показатель, характеризующий количество свободных жирных кислот, содержащихся в жире. Он выражается в миллиграммах едкого калия, затраченного на нейтрализацию свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира. Учитывая, что хранение пищевых продуктов, содержащих жиры и масла, всегда сопровождается гидролизом последних, по величине кислотного числа можно, до известной степени, судить об их качестве. В заводской практике кислотное число используется при расчете количества щелочи, необходимой для рафинации жиров и масел.
Число омыления равно количеству миллиграммов едкого калия, необходимого для омыления глицеридов и нейтрализации свободных жирных кислот в 1 г жира или масла. По числу омыления можно судить о средней молекулярной массе входящих в состав
липидов жирных кислот и определить при мыловарении количество щелочи, необходимое для омыления жира.
Йодное число – показатель, характеризующий непредельность жирных кислот, входящих в состав жира. Оно выражается в процентах иода, эквивалентного галогену, присоединяющемуся к 100 г жира. Существует несколько методов определения йодного числа. Одним из наиболее распространенных является бромометрический метод. При этом применяется раствор брома в безводном метиловом спирте, насыщенном бромистым натрием. Бром образует непрочное комплексное соединение с бромистым натрием:
NaBr + Br2 → NaBr · Br2
Отщепляясь, бром реагирует с ненасыщенными глицеридами:
Количество непрореагировавшего брома определяют иодометрически:
NaBr + Br2 + 2KI → KBr + NaBr + I2
I2 + 2Na2S2O7 → 2NaI + Na2S4 O6
Зная исходное количество брома, можно легко вычислить йодное число жира. Йодное число широко применяется для определения вида жира, способности его к "высыханию", расчета потребного количества водорода на его гидрогенизацию.
Величины указанных констант для отдельных жиров, не подвергшихся разрушению, колеблются в незначительных пределах и характеризуют вид жира и его качество (табл. 4.4).
215
Таблица 4.4. Содержание жирных кислот (в %) и характеристики масел и жиров Жиры и масла Содержание и состав жирных кислот Характеристика
насыщенных ненасыщенных основных Температура застывания, °С Число омыления Йодное число
Масла
Соевое 14–20 75–86 C218 46–65 –18 191–193 120–140
Хлопковое 22–30 75–76 С218 45–56 2–4 191–198 101–116
Подсолнечное 10–12 до 90 C218 46–70 16–18 186–194 119–136
Рапсовое 2–6 94–98 C118 6–44 Эруковая 1–52 0–10 167–181 94–103
Оливковое 9–18 82–91 C118 70–82 0–6 185–200 72–89
Кокосовое до 90 10 C012 44–52 C014 13–18 16–25 251–264 7–12
Пальмовое 44–57 43–56 С016 39–47 C218 45–50 31–41 196–210 52–58
Пальмо–ядровое 79–83 17–21 С016 10–19 19–24 240–257 15–20
Масло какао 58–60 40–42 C118. 23–25 C016 31–34 21–27 192–196 34–36
Льняное 6–9 91–94 С31841–60 18–27 191–195 175–190
Животные жиры
Говяжий 45–60 43–52 С118 24–29 43–44 30–38 190–200 32–47
Бараний 52–62 38–48 C018 25–31 32–45 192–198 31–46
31. ПИЩЕВАЯ ЦЕННОСТЬ МАСЕЛ И ЖИРОВ
Растительные жиры и масла являются обязательным компонентом пищи, источником энергетического и пластического материала для человека, поставщиком ряда необходимых для него веществ (непредельных жирных кислот, фосфолипидов, жирорастворимых витаминов, стеринов), то есть они являются незаменимыми факторами питания, определяющими его биологическую эффективность. Рекомендуемое содержание жира в рационе человека (по калорийности) составляет 30–33%; для населения южных зон нашей страны рекомендуется – 27–28%, северных – 38–40% или 90–107 г в сутки, в том числе непосредственно в виде жиров 45–50 г. Длительное ограничение жиров в питании или систематическое использование жиров с пониженным содержанием необходимых компонентов, в том числе сливочного масла, приводит к отклонениям в физиологическом состоянии организма: нарушается деятельность центральной нервной системы, снижается устойчивость организма к инфекциям (иммунитет), сокращается продолжительность жизни. Но и избыточное потребление жиров нежелательно, оно приводит к ожирению, сердечнососудистым заболеваниям, преждевременному старению. 
В составе пищевых продуктов различают видимые жиры (растительные масла, животные жиры, сливочное масло, маргарин, кулинарный жир) и невидимые жиры (жир в мясе и мясопродуктах, рыбе, молоке и молочных продуктах, крупе, хлебобулочных и кондитерских изделиях). Это, конечно, условное деление, но оно широко применяется. Наиболее важные источники жиров в питании – растительные масла (в рафинированных маслах 99,7–99,8% жира), сливочное масло (61,5– 82,5% липидов), маргарин (до 82,0% жира), комбинированные жиры (50–72% жира), кулинарные жиры (99% жира), молочные продукты (3,5–30% жира), некоторые виды кондитерских изделий – шоколад (35– 40%), отдельные сорта конфет (до 35%), печенье (10–11%); крупы – гречневая (3,3%), овсяная (6,1%); сыры (25–50%), продукты из свинины, колбасные изделия (10–23% жира). Часть этих продуктов является источником растительных масел (растительные масла, крупы), другие – животных жиров. 
В питании имеет значение не только количество, но и химический составупотребляемых жиров, особенно содержание полиненасыщенных кислот с определенным положением двойных связей и цис–конфигурацией (линолевой C218; альфа– и гамма–линоленовой С318; олеиновой C'18; арахидоновой С420; полиненасыщенных жирных кислот с 5–6 двойными связями семейства омега–3). Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме человека, арахидоновая – синтезируется из линолевои кислоты при участии витамина B6. Поэтому они получили название "незаменимых" или "эссенциальных" кислот. Линоленовая кислота образует другие полиненасыщенные жирные кислоты. В состав полиненасыщенных жирных кислот семейства омега–3 входят: ?–линоленовая, эйкозапентаеновая, до–козагексаеновая кислоты. Линолевая, ?–линоленовая, арахидоновая кислоты входят в семейство омега–6.
Среди продуктов питания наиболее богаты полиненасыщенными кислотами растительные масла (см. табл. 4.4), особенно кукурузное, подсолнечное, соевое. Содержание в них линолевой кислоты достигает 50–60%, значительно меньше ее в маргарине – до 20%, крайне мало в животных жирах (в говяжьем жире – 0,6%). Арахидоновая кислота в продуктах питания содержится в незначительном количестве, а в растительных маслах ее практически нет. В наибольшем количестве арахидоновая кислота содержится в яйцах – 0,5, субпродуктах 0,2–0,3, мозгах – 0,5%. 
В настоящее время считают, что суточная потребность в линолевой кислоте должна составлять 6– 10 г, минимальная – 2–6 г, а ее суммарное содержание в жирах пищевого рациона – не менее 4% от общей калорийности. Следовательно, состав жирных кислот липидов в пищевых продуктах, предназначенных для питания молодого, здорового организма, должен быть сбалансированным: 10– 20% – полиненасыщенных, 50–60% – мононенасыщенных и 30% насыщенных, часть из которых должна быть со средней длиной цепи. Это обеспечивается при использовании в рационе 1/3 растительных и 2/3 животных жиров. Для людей пожилого возраста и больных сердечно–сосудистыми заболеваниями содержание линолевой кислоты должно составлять около 40%, соотношение полиненасыщенных и насыщенных кислот – приближаться к 2 : 1 , соотношение линолевой и линоленовой кислот– 10 : 1 (Институт питания РАМН). Важной в питании группой липидов являются фосфолипиды, участвующие в построении клеточных мембран и транспорте жира в организме, они способствуют лучшему усвоению жиров и препятствуют ожирению печени. Общая потребность человека в фосфолипидах до 5–10 г в сутки. 
Отдельно хочется остановиться на физиологической роли холестерина. Как известно, при повышении его уровня в крови опасность возникновения и развития атеросклероза возрастает; 80% холестерина содержится в яйцах (0,57%), сливочном масле (0,2–0,3%), субпродуктах (0,2–0,3%). Суточное его потребление с пищей не должно превышать 0,5 г. Растительные жиры – единственный источник витамина E и ?–каротина, животные жиры – витаминов А и D. 
32. ПРЕВРАЩЕНИЯ ЛИПИДОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
При получении продуктов питания, как в промышленности, так и в домашних условиях, в ходе технологического потока липиды исходного сырья (зерно, крупа, мясо и молоко, жиры и масла, плоды и овощи и др.) претерпевают разнообразные превращения; значительные изменения происходят и в липидном комплексе хранящихся продуктов. Все это сказывается на их составе, а следовательно, на пищевой и биологической эффективности готовых продуктов. Благодаря низкой влажности, отсутствию минеральных веществ липиды не поражаются микроорганизмами и в темноте могут храниться относительно длительное время. Лучшими условиями их сохранности в специальных баках – резервуарах являются: температура 4–6°C, относительная влажность воздуха – 75%. В быту их следует хранить в закрытой стеклянной таре в темноте, оставляя минимальным воздушное простанство в бутыли. Животные жиры (говяжий, свиной, бараний) по своему жирнокислотному составу (незначительное содержание высоконепредельных жирных кислот) должны были бы обладать высокой устойчивостью при хранении. Но они практически не содержат антиоксидантов и это снижает их стойкость при хранении. Наиболее неустойчивыми являются сливочное масло, маргарины, комбинированные масла. Высокая влажность, наличие белковых и минеральных веществ способствуют развитию микрофлоры, а следовательно, интенсивному развитию процессов биохимического прогоркания. Одними из основных факторов, обеспечивающих сохранность сливочного масла и маргарина, являются низкая температура и отсутствие света, внесение консервантов и антиоксидантов (для маргаринов, комбинированных масел). Не менее сложные процессы протекают при хранении в липидном комплексе пищевого сырья и готовых продуктов. Так, при хранении пшеничной муки идут процессы гидролитического и окислительного прогоркания, образующиеся продукты взаимодействуют с белками, влияя на хлебопекарное достоинство пшеничной муки. При развитии окислительных процессов в продуктах накапливаются нежелательные для организма человека вещества, поэтому защита липидов от окисления является важной
33. РОЛЬ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
Многие элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений и органических веществ входят в состав живой материи и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потребляться с пищей.
В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержание в нем находится в относительном постоянстве. 
Роль минеральных веществ в организме человека чрезвычайно разнообразна, несмотря на то, что они не являются обязательным компонентом питания. Минеральные вещества содержатся в протоплазме и биологических жидкостях, играют основную роль в обеспечении постоянства осмотического давления, что является необходимым условием для нормальной жизнедеятельности клеток и тканей. Они входят в состав сложных органических соединений (например гемоглобина, гормонов, ферментов), являются пластическим материалом для построения костной и зубной ткани. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передаче нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови и другие физиологические процессы организма. В зависимости от количества минеральных веществ в организме человека и пищевых продуктах их подразделяют на макро– и микроэлементы. Так, если массовая доля элемента в организме превышает 10 –2%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10 –3–10 –5 %. Если содержание элемента ниже 10 5 %, его считают ультрамикроэлементом. К макроэлементам относят калий, натрий, кальций, магний, фосфор, хлор и серу. Они содержатся в количествах, измеряемых сотнями и десятками миллиграммов на 100 г тканей или пищевого продукта. Микроэлементы входят в состав тканей организма в концентрациях, выражаемых десятыми, сотыми и тысячными долями миллифамма и являются необходимыми для его нормальной жизнедеятельности. Микроэлементы условно делят на две группы: абсолютно или жизненно необходимые (кобальт, железо, медь, цинк, марганец, иод, бром, фтор) и так называемые вероятно необходимые (алюминий, стронций, молибден, селен, никель, ванадий и некоторые другие). Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма. Характерным признаком необходимого элемента является колоколообразный вид кривой зависимости ответной реакции организма от дозы элемента При малом поступлении данного элемента организму наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастает и достигает нормы (на кривой представлено в виде плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое действие избытка данного элемента, в результате чего не исключается и летальный исход. 
Распределение микроэлементов в организме зависит от их химических свойств и очень разнообразночастью гемоглобина, миоглобина и других дыхательных пигментов, то есть веществ, участвующих в поглощении и транспорте кислорода во все ткани организма; атомы меди входят в активный центр рада ферментов и т.д. 
Действие микроэлементов может быть и опосредованным – через влияние на интенсивность или характер обмена веществ. Так, некоторые микроэлементы (например, марганец, цинк, иод) влияют на рост, и их недостаточное поступление в организм с пищей тормозит нормальное физическое развитие ребенка. Другие микроэлементы (например, молибден, медь, марганец) принимают участие в репродуктивной функции, и их недостаток в организме отрицательно влияет на эту сторону жизнедеятельности человека. 
К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций и железо, к избыточным – натрий и фосфор. 
Недостаток или избыток в питании каких–либо минеральных веществ вызывает нарушение обмена белков, жиров, углеводов, витаминов, что приводит к развитию рада заболеваний. Ниже приведены характерные (типичные) симптомы при дефиците различных химических элементов в организме человека: 
Ca Замедление роста скелета
Mg Мышечные судороги
Fe Анемия, нарушения иммунной системы
Zn Повреждение кожи, замедление роста, замедление полового созревания
Cu Слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия
Mn Бесплодие, ухудшение роста скелета
Mo Замедление клеточного роста, склонность к кариесу зубов
Со Злокачественная анемия
Ni Учащение депрессий, дерматиты
Cr Симптомы диабета
Si Нарушение роста скелета
F Кариес зубов
I Нарушение работы щитовидной железы, замедление метаболизма
Se Слабость сердечной мышцы
Перечислим причины нарушения обмена минеральных веществ, которые могут иметь место даже при их достаточном количестве в пище: а) несбалансированное питание (недостаточное или избыточное количество белков, жиров, углеводов, витаминов и др.); б) применение методов кулинарной обработки пищевых продуктов, обуславливающих потери минеральных веществ, например, при размораживании (в горячей воде) мяса, рыбы, или при удалении отваров овощей и фруктов, куда переходят растворимые соли; в) отсутствие своевременной коррекции состава рационов при изменении потребности организма в минеральных веществах, связанной с физиологическими причинами. Так, например, у людей, работающих в условиях повышенной температуры внешней среды, увеличивается потребность в калии, натрии, хлоре и других минеральных веществах в связи с тем, что большая их часть выводится из организма с потом; г) нарушение процесса всасывания минеральных веществ в желудочно–кишечном тракте или повышение потерь жидкости (например, кровопотери). 
34. РОЛЬ ОТДЕЛЬНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Макроэлементы
Кальций. Это основной структурный компонент костей и зубов; входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходидля свертывания крови. Кальций образует соединения с белками, фосфолипидами, органическими кислотами; участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, в процессах передачи нервных импульсов, в молекулярном механизме мышечных сокращений, контролирует активность ряда ферментов. Таким образом, кальций выполняет не только пластические функции, но и влияет на многие биохимические и физиологические процессы в организме. 
Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Поступающие в организм человека с пищей соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений кальция, и лишь воздействие желчных кислот обеспечивает его всасывание. Ассимиляция кальция тканями зависит не только от содержания его в продуктах, но и от соотношения его с другими компонентами пищи и, в первую очередь, с жирами, магнием, фосфором, белками. При избытке жиров возникает конкуренция за желчные кислоты и значительная часть кальция выводится из организма через толстый кишечник. На всасывание кальция отрицательно сказывается избыток магния; рекомендуемое соотношение этих элементов составляет 1 : 0,5. Если количество фосфора превышает уровень кальция в пище более чем в 2 раза, то образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани. Кальций поступает в стенки кровеносных сосудов, что обуславливает их ломкость, а также в ткани почек, что может способствовать возникновению почечно–каменной болезни. Для взрослых рекомендовано соотношение кальция и фосфора в пище 1:1,5.. Отрицательное влияние на усвоение кальция оказывает фитин и щавелевая кислота, содержащиеся в ряде растительных продуктов. Эти соединения образуют с кальцием нерастворимые соли. уточная потребность в кальции взрослого человека составляет 800 мг, а у детей и подростков – 1000 мг и более. При недостаточном потреблении кальция или при нарушении всасывания его в организме (при недостатке витамина D) развивается состояние кальциевого дефицита. Наблюдается повышенное выведение его из костей и зубов. У взрослых развивается остеопороз – деминерализация костной ткани, у детей нарушается становление скелета, развивается рахит. Лучшими источниками кальция являются молоко и молочные продукты, различные сыры и творог (100–1000 мг/100 г продукта), зеленый лук, петрушка, фасоль. Значительно меньше кальция содержится в яйцах, мясе, рыбе, овощах, фруктах, ягодах (20–40 мг/100 г продукта). Магний. Этот элемент необходим для активности ряда ключевых ферментов, обеспечивающих метаболизм организма. Магний участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца; оказывает сосудорасширяющее действие; стимулирует желчеотделение; повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению шлаков из организма (в том числе холестерина). Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище. Ежедневная потребность в магнии точно не определена; считают, однако, что доза 200–300 мг/сут предотвращает проявление недостаточности (предполагается, что всасывается около 30% магния).. 
При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций, развивается ряд других патологических явлений. У человека недостаток ионов магния, обусловленный характером питания, крайне маловероятен. Однако большие потери этого элемента могут происходить при диарее; последствия их сказываются, если в организм вводятся жидкости, не содержащие магний. Когда концентрация магния в сыворотке снижается примерно до 0,1 ммоль/л, может возникать синдром, напоминающий белую горячку: у человека наступает полукоматозное состояние, наблюдается мышечная дрожь, спазмы мышц в области запястья и стопы, повышение нервно–мышечной возбудимости в ответ на звуковые, механические и зрительные раздражители. Введение магния вызывает быстрое улучшение состояния. Магнием богаты в основном растительные продукты. Большое количество его содержат пшеничные отруби, различные крупы (40– 200 мг/100 г продукта), бобовые, урюк, курага, чернослив. Мало магния в молочных продуктах, мясе, рыбе, макаронных изделиях, большинстве овощей и фруктов (20–40 мг/100 г). 
Калий. Около 90% калия находится внутри клеток. Он вместе с другими солями обеспечивает осмотическое давление; участвует в передаче нервных импульсов; регуляции водно–солевого обмена; способствует выведению воды, а следовательно, и шлаков из организма; поддерживает кислотно–щелочное равновесие внутренней среды организма; участвует в регуляции деятельности сердца и других органов; необходим для функционирования ряда ферментов. Калий хорошо всасывается из кишечника, а его избыток быстро удаляется из организма с мочой. 
Суточная потребность в калии взрослого человека составляет 2000– 4000 мг. Она увеличивается при обильном потоотделении, при употреблении мочегонных средств, заболеваниях сердца и печени. Калий не является дефицитным нутриентом в питании, и при разнообразном питании недостаточность калия не возникает. Дефицит калия в организме появляется при нарушении функции нервно–мышечной и сердечно–сосудистой систем, сонливости, снижении артериального давления, нарушении ритма сердечной деятельности. В таких случаях назначается калиевая диета. Большая часть калия поступает в организм с растительными продуктами. Богатыми источниками его являются урюк, чернослив, изюм, шпинат, морская капуста, фасоль, горох, картофель, другие овощи и плоды (100–600 мг/100 г продукта). Меньше калия содержится в сметане, рисе, хлебе из муки высшего сорта (100–200 мг/100 г). 
Натрий. Натрий содержится во всех тканях и биологических жидкостях организма. Он участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови; в передаче нервных импульсов; регуляции кислотно–щелочного равновесия, водно–солевого обмена; повышает активность пищеварительных ферментов. . Уровень натрия во внеклеточной жидкости тщательно поддерживается почками под влиянием эндокринных, сердечно–сосудистых и автономных регуляторных механизмов. Общее количество натрия во внеклеточной жидкости, таким образом, определяет объем этих жидкостей. Контроль за балансом натрия осуществляется посредством сложной взаимосвязанной системы, включающей нервную и гормональную системы.
Обычно соли натрия не обладают острой токсичностью, поскольку полностью развитые почки эффективно выводят натрий из организма. В основном ионы натрия поступают в организм за счет поваренной соли – NaCl. При избыточном потреблении хлористого натрия ухудшается удаление растворимых в воде конечных продуктов обмена веществ через почки, кожу и другие выделительные органы. Задержка воды в организме осложняет деятельность сердечно–сосудистой системы, способствует повышению кровяного давления.
Натрий естественно присутствует во всех пищевых продуктах. Оценка среднесуточного поступления натрия с пищей затруднена, поскольку его концентрация в пище широко варьируется и, кроме того, люди привыкли подсаливать пищу. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяет ее из организма. Содержание поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в сутки. На выделение хлористого натрия из организма, а следовательно, и на потребность в нем, влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение с мочой хлористого натрия, а следовательно, и повышает потребность в нем. 
Фосфор. Фосфор входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга. Этот элемент принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма: синтезе и расщеплении веществ в клетках; регуляции обмена веществ; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ. В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и ее органических соединений (фосфатов). Основная его масса находится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция, остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная кислотучаствует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых кислот и т. д. 
Содержание органических соединений фосфора в крови меняется в широких пределах. Однако количество неорганического фосфора более или менее постоянно. Увеличивается содержание неорганического фосфора при молочной диете, а также при ряде заболеваний почек, при переломах на стадии заживления, сахарном диабете и др.; уменьшается концентрация неорганического фосфора в сыворотке крови при повышении функции паращитовидных желез и ряде других заболеваний. При длительном дефиците фосфора в питании организм использует собственный фосфор из костной ткани. Это приводит к деминерализации костей и нарушению их структуры – разрежению. При обеднении организма фосфором снижается умственная и физическая работоспособность, отмечается потеря аппетита, апатия. Суточная потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг. Она возрастает при больших физических или умственных нагрузках, при некоторых заболеваниях. Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, а также в зерновых и бобовых. Его содержание в этих продуктах составляет от 100 до 500 мг в 100 г продукта. Богатым источником фосфора являются крупы (овсяная, перловая), в них содержится 300–350 мг фосфора/100 г. Однако из растительных продуктов соединения фосфора усваиваются хуже, чем при потреблении пищи животного происхождения. 
Сера. Значение этого элемента в питании определяется, в первую очередь, тем, что он входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (метионина и цистина), а также является составной частью некоторых гормонов и витаминов. Как компонент серосодержащих аминокислот сера участвует в процессах белкового обмена, причем потребность в ней резко возрастает в период беременности и роста организма, сопровождающихся активным включением белков в образующиеся ткани, а также при воспалительных процессах. Серосодержащие аминокислоты, особенно в сочетании с витаминами С и E, оказывают выраженное антиоксидантное действие. Наряду с цинком и кремнием сера определяет функциональное состояние волос и кожи. Содержание серы обычно пропорционально содержанию белков в пищевых продуктах, поэтому ее больше в животных продуктах, чем в растительных. Потребность в сере (400–600 мг в сутки) удовлетворяется обычным суточным рационом. Хлор. Этот элемент участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активирует ряд ферментов. Этот нутриент легко всасывается из кишечника в кровь. Интересна способность хлора отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Выделение хлора из организма происходит главным образом с мочой (90%) и потом. 
Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение его концентрации в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек. 
Суточная потребность в хлоре составляет примерно 5000 мг. Хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия при добавлении его в пищу. 
35. Микроэлементы.
Железо. Этот элемент необходим для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; он участвует в иммунобиологических и окислительно–восстановительных реакциях; входит в состав цитоплазмы, клеточных ядер и ряда ферментов.
Для усвоения этого нутриента необходим витамин B12. Усвоению железа способствует также аскорбиновая кислота, поскольку железо всасывается в виде двухвалентного иона.
Недостаток железа в организме может привести к развитию анемии, нарушаются газообмен, клеточное дыхание, то есть фундаментальные процессы обеспечивающие жизнь. Потребность взрослого человека в железе (14 мг/сут) с избытком удовлетворяется обычным рационом. Однако при использовании в пище хлеба из муки тонкого помола, содержащего мало железа, у городских жителей весьма часто наблюдается дефицит железа. При этом следует учесть, что зерновые продукты, богатые фосфатами и фитином, образуют с железом труднорастворимые соединения и снижают его ассимиляцию организмом.
Железо – широко распространенный элемент. Он содержится в субпродуктах, мясе, яйцах, фасоли, овощах, ягодах. Однако в легкоусвояемой форме железо содержится только в мясных продуктах, печени (до 2000 мг/100 г продукта), яичном желтке.
Медь. Медь является необходимым элементом в метаболизме человека, играя роль в образовании эритроцитов, высвобождении тканевого железа и развитии скелета, центральной нервной системы и соединительной ткани. Поскольку медь широко распространена в пищевых продуктах, маловероятно, чтобы у людей, за исключением, возможно, грудных детей, получающих исключительно молочный рацион, когда–либо развилась форма недостаточности питания, связанная с медью.
Потребление избыточно больших доз меди человеком ведет к раздражению и разъеданию слизистых, распространенному поражению капилляров, поражению печени и почек, раздражению центральной нервной системы. Суточная потребность в этом элементе составляет около 2 мг. Источниками меди являются такие пищевые продукты, как печень, яичный желток, зеленые овощи.
Иод. Иод является необходимым элементом, участвующим в образовании гормона тироксина. При недостаточности иода развивается зобная болезнь – заболевание щитовидной железы.
Потребность в иоде колеблется в пределах 100–150 мкг в день. Содержание иода в пищевых продуктах обычно невелико (4–15 мкг%). Наиболее богаты иодом продукты моря. Содержание иода в наземных растительных и животных продуктах сильно зависит от его количества в почве. В районах, где иода в почве мало, содержание его в пищевых продуктах может быть в 10– 1OO раз меньше среднего. Поэтому в этих районах для предупреждения зобной болезни добавляют в поваренную соль небольшое количество иодида калия (25 мг на 1 кг соли). Срок хранения такой иодированной соли – не более 6 месяцев, так как при хранении соли иод постепенно улетучивается.
Фтор. При недостатке этого элемента развивается кариес зубов (разрушение зубной эмали). Избыток фтора также оказывает негативное влияние на организм, поскольку соли фтора, накапливаясь в костях, вызывают изменение цвета (крапчатость) и формы зубов, остеохондроз, а вслед за этим огрубление суставов и их неподвижность, костные наросты. Разница между полезной и вредной дозами фтора так мала, что многие исследователи выступают против фторирования воды.
Он удерживается, главным образом, в скелете, и небольшое его количество отлагается в зубной ткани. В высоких дозах фтор может вызывать нарушение углеводного, липидного, белкового обмена, а также метаболизма витаминов, ферментов и минеральных солей. Многие симптомы острого отравления фтором являются следствием связывания его с кальцием. Фтор выводится из организма главным образом с мочой. На его выведение влияет ряд факторов, в том числе общее состояние здоровья человека и предшествующее воздействие на него фторидов.
Практически все пищевые продукты содержат хотя бы микроколичества этого элемента. Все виды растительности содержат некоторое количество фтора, которое они получают из почвы и воды. В отдельных продуктах, в частности, в рыбе, некоторых овощах и чае обнаруживаются высокие уровни содержания фтора. Применение фторированной воды на предприятиях пищевой промышленности может нередко удваивать уровень содержания фтора в готовых продуктах.
Хром. Этот элемент, по–видимому, необходим для глюкозного и липидного обмена и для утилизации аминокислот некоторыми системами. Он также имеет важное значение для профилактики легких форм диабета и атеросклероза у человека.
Сегодня принято считать нормой потребления около 150 мг хрома в сутки. Особенно он полезен пожилым людям, организм которых плохо усваивает углеводы, а хром усиливает процессы обмена именно этих соединений. Обнаружено, что определенное соединение хрома, названное GTF (Glucose Tolerance Factor), облегчает усвоение глюкозы, вернее, проникновение ее через мембрану внутрь клеток.
Неорганический хром усваивается плохо, гораздо легче – в органических соединениях, т. е. в той форме, в которой он находится в живых организмах.У здоровых людей содержание хрома несколько завышено, что является признаком полноценного усвоения глюкозы. Если усвоение Сахаров нарушено, содержание этого элемента снижается. Продукты питания значительно варьируются по уровням содержания хрома, которые лежат в диапазоне от 20 до 550 мкг/кг. Богатыми источниками хрома являются пивные дрожжи, печень (10–80 мкг/100 г). В меньших количествах этот элемент содержится в картофеле с кожурой, говядине, свежих овощах, хлебе из муки грубого помола, сыре.
Марганец. Он является необходимым элементом для животных и человека, но из поступившего внутрь марганца всасывается лишь около 3%. Всасывание марганца тесно связано с усвоением железа. Анемия ведет к повышению всасывания, как железа, так и марганца. Потребность в марганце составляет 0,2–0,3 мг на 1 кг веса человека в день. Больше всего марганца содержится в клюкве и чае, немного меньше в каштанах, какао, овощах, фруктах (100–200 мкг/100 г).
Никель. Никель признан незаменимым микроэлементом относительно недавно. В настоящее время установлена его роль в качестве кофермента в процессах метаболизма железа. При этом увеличение поступления в организм железа сопровождается увеличением потребности в пищевом никеле. Кроме того, никель способствует усвоению меди – еще одного незаменимого для кроветворения элемента. Никель присутствует в большинстве пищевых продуктов, однако в концентрациях ниже (и часто намного ниже) 1 мг/кг. Мало известно охимической форме никеля в пищевых продуктах, хотя он, возможно, частично образует комплексы с фитиновой кислотой. Поступление никеля с пищей, по имеющимся данным, варьируется от менее чем 200 до 900 мкг/сут. С обычной диетой поступает около 400 мкг/сут. Было показано, что в винах и в пиве содержание никеля равно, соответственно, 100 и 50 мкг/л.
Цинк. Данный микроэлемент в качестве кофермента участвует в широком спектре реакций биосинтеза белка (более 70) и метаболизма нуклеиновых кислот (включая процессы репликации ДНК и транскрипции), обеспечивающих, в первую очередь, рост и половое созревание организма. Цинк вместе с серой участвует в процессах роста и обновления кожи и волос. Наряду с марганцем и медью цинк в значительной степени обеспечивает восприятие вкусовых и обонятельных ощущений. Цинк очень важен для процессов пищеварения и усвоения питательных веществВ условиях дефицита цинка могут возникать эмоциональные расстройства, эмоциональная неустойчивость, раздражительность, а в очень тяжелых случаях – нарушения функций мозжечка.
Содержание цинка в пищевых продуктах обычно колеблется в пределах 150–25 000 мкг%. Однако в печени, мясе и бобовых оно достигает 3000–5000 мкг%. Суточная потребность в цинке 8000–22 000 мкг%. Она вполне удовлетворяется обычным рационом. Среднесуточное поступление цинка только с питьевой водой составляет порядка 400 мкг. Иногда, дефицит цинка может испытывать организм детей и подростков, которые недостаточно употребляют животные продукты.
Селен. Еще в середине XX в. селен не только не рассматривался наукой о питании, но даже считался очень токсичным элементом с канцерогенными свойствами. Однако уже в 60–х гг. было установлено, что причиной эндемической кардиомиопатии у животных и людей (болезнь Ke–шана) является дефицит селена в почве. Особенно страдает при недостатке селена сердечно–сосудистая система, что проявляется прогрессирующим атеросклерозом и слабостью сердечной мышцы, а в условиях хронического дефицита селена может развиваться практически неизлечимая кардиомиопатия.
Поступление селена с пищей зависит от условий и характера потребления пищи и уровня содержания селена в пищевых продуктах. Овощи и фрукты являются, в основном, бедным источником поступления селена в отличие от зерна, зерновых продуктов, мяса (особенно субпродуктов), продуктов моря, которые содержат существенные количества селена, обычно намного превышающие 0,2 мг/кг в пересчете на сырую массу. Химический состав почвы и содержание в ней селена существенно влияют на количество
Молибден. Общее количество молибдена в организме взрослого человека составляет порядка 7 мг. Содержание молибдена в крови составляет около 0,5 мкг на 100 мл. Более высокие концентрации этого элемента были обнаружены у людей, проживающих в регионах, где почванаиболее богата соединениями этого металла. Так, в некоторых районах Армении отмечены частые случаи заболевания подагрой у жителей, которые питаются в основном местными продуктами, в которых были обнаружены чрезвычайно высокие уровни молибдена. Содержание его в рационе питания жителей этого района составляло 10–15 мг. В других районах, где случаи подагры встречались реже, люди с пищей получали всего 1–2 мг молибдена в день.
Известно, что молибден тормозит развитие кариеса.
Предполагаемая дневная потребность в молибдене составляет 2 мкг на 1 кг массы тела. Наиболее богаты молибденом различные виды овощей (например бобовые) и внутренние органы животных.
Кобальт. Биологическое действие кобальта известно с 1948 г., когда учеными Рикесом и Смитом было установлено, что атом кобальта является центральным в молекуле витамина B12. Максимальная концентрация кобальта в тканях равна около 100 мкг/кг. Общее содержание кобальта в организме взрослого человека составляет 5 мг. Человек с пищей ежедневно получает 5,63–7,94 мкг кобальта, из которых 73–97% усваивается.
Средняя суточная потребность в кобальте составляет 60 мкг на 1 кг массы тела. Считают, что человек нуждается в кобальте только в виде цианокобаламина (витамин B12). В некоторых странах соединения кобальта применяли в качестве пищевой добавки к пиву для стабилизации пены. Однако выяснилось, что такая добавка явилась причиной сердечных заболеваний у потребителей пива.
36. Влияние технологической обработки на минеральный состав пищевых продуктов.
При переработке пищевого сырья, как правило, происходит снижение содержания минеральных веществ (кроме добавления пищевой соли). В растительных продуктах они теряются с отходами. Так, содержание ряда макро– и особенно микроэлементов при получении крупы и муки после обработки зерна снижается, так как в удаляемых оболочках и зародышах этих компонентов находится больше, чем в целом зерне.
Например, в среднем, в зерне пшеницы и ржи зольных элементов содержится около 1,7%, в муке же в зависимости от сорта от 0,5 (в высшем сорте) до 1,5% (в обойной). При очистке овощей и картофеля теряется от 10 до 30% минеральных веществ. Если их подвергают тепловой кулинарной обработке, то в зависимости от технологии (варки, обжаривании, тушении) теряется еще от 5 до 30%.
Мясные, рыбные продукты и птица в основном теряют такие макроэлементы, как кальций и фосфор, при отделении мякоти от костей.
При тепловой кулинарной обработке (варке, жарении, тушении) мясо теряет от 5 до 50% минеральных веществ. Однако если обработку вести в присутствии костей, содержащих много кальция, то возможно увеличение содержания кальция в кулинарно обработанных мясных продуктах на 20%.
В технологическом процессе за счет недостаточно качественного оборудования может переходить в конечный продукт некоторое количество микроэлементов. Так, при изготовлении хлеба при тестоприготовлении в результате контакта теста с оборудованием содержание железа может увеличиваться на 30%. Этот процесс нежелательный, поскольку вместе с железом в продукт могут переходить и токсичные элементы, содержащиеся в виде примесей в металле. При хранении консервов в жестяных сборных (то есть спаянных) банках с некачественно выполненным припоем или при нарушении защитного лакового слоя в продукт могут переходить такие высокотоксичные элементы как свинец, кадмий, а также олово.
Следует учесть, что ряд металлов, таких как железо и медь, даже в небольших концентрациях могут вызвать нежелательное окисление продуктов. Их каталитические окислительные способности особенно ярко проявляются в отношении жиров и жировых продуктов. Так, например, при концентрации железа выше 1,5 мг/кг и меди 0,4 мг/кг при длительном хранении сливочного масла и маргаринов эти металлы вызывают прогоркание продуктов. При хранении напитков в присутствии железа выше 5 мг/л и меди 1 мг/л при определенных условиях часто может наблюдаться помутнение напитков.
37. Методы определения минеральных веществ.
Для анализа минеральных веществ в основном используются физико–химические методы – оптические и электрохимические.
Практически все эти методы требуют особой подготовки проб для анализа, которая заключается в предварительной минерализации объекта исследования. Минерализацию можно проводить двумя способами: "сухим" и "мокрым". "Сухая" минерализация предполагает проведение при определенных условиях обугливания, сжигания и прокаливания исследуемого образца. "Мокрая" минерализация предусматривает еще и обработку объекта исследования концентрированными кислотами (чаще всего HNO3 и H2SO4).
Спектральные методы анализа
Фотометрический анализ (молекулярная абсорбционная спектроскопия). Он используется для определения меди, железа, хрома, марганца, никеля и других элементов. Метод абсорбционной спектроскопии основан на поглощении молекулами вещества излучений в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях электромагнитного спектра. Анализ можно проводить спектрофотометрическим или фотоэлектроколориметрическим методами.
Фотоэлектроколориметрия – анализ, основанный на измерении поглощения окрашенными растворами монохроматического излучения видимой области спектра. Измерения проводят с помощью фотоэлектроколориметров, снабженных узкополосыми светофильтрами. Если исследуемое вещество не окрашено, его необходимо перевести в окрашенное соединение, проведя химическую реакцию с определенными реагентами (фотометрическую аналитическую реакцию).
Спектрофотометрия – метод анализа, основанный на измерении поглощения монохроматического излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Такие измерения проводят с помощью спектрофотометров, где в качестве монохроматизаторов используются диспергирующие призмы и дифракционные решетки.
Количественный анализ исследуемого иона обычно проводят методом градуировочного графика.
Эмиссионный спектральный анализ. Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого атомами и ионами вещества в газообразном состоянии. Эмиссионный спектральный анализ позволяет определить элементарный состав неорганических и органических веществ.
Интенсивность спектральной линии определяется количеством возбужденных атомов в источнике возбуждения, которое зависит не только от концентрации элемента в пробе, но и от условий возбуждения. При стабильной работе источника возбуждения связь между интенсивностью спектральной линии и концентрацией элемента (если она достаточно мала) имеет линейный характер, т. е. в данном случае количественный анализ можно также проводить методом градуировочного графика.
Наибольшее применение в качестве источника возбуждения получили электрическая дуга, искра, пламя. Температура дуги достигает 5000– 6000°C. В дуге удается получить спектр почти всех элементов. При искровом разряде развивается температура 7000– 10 000°C и происходит возбуждение всех элементов. Пламя дает достаточно яркий и стабильный спектр испускания. Метод анализа с использованием в качестве источника возбуждения пламени называют пламенно–эмиссионным анализом. Этим методом определяют свыше сорока элементов (щелочные и щелочно–земельные, Cu2+, Mn2+ и др.).
Атомно–абсорбционная спектроскопия. Метод основан на способности свободных атомов элементов в газах пламени поглощать световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн.
В атомно–абсорбционной спетроскопии практически полностью исключена возможность наложения спектральных линий различных элементов, т. к. их число в спектре значительно меньше, чем в эмиссионной спектроскопии.
Уменьшение интенсивности резонансного излучения в условиях атомно–абсорбционной спетроскопии подчиняется экспоненциальному закону убывания интенсивности в зависимости от толщины слоя и концентрации вещества, аналогичному закону Бугера– Ламберта– Бера
lgJ/J0 = A = klc,
где J0– интенсивность падающего монохроматического света, J– интенсивность прошедшего через пламя света, k – коэффициент поглощения, l – толщина светопоглощающего слоя (пламени), с – концентрация.
Постоянство толщины светопоглощающего слоя (пламени) достигается с помощью горелок специальной конструкции.
Методы атомно–абсорбционного спектрального анализа находят широкое применение для анализа практически любого технического или природного объекта, особенно в тех случаях, когда необходимо определить небольшие количества элементов.
Методики атомно–абсорбционного определения разработаны более чем для 70 элементов.
Электрохимические методы анализа
Ионометрия. Метод служит для определения ионов K+, Na+, Ca2+, Mn2+, F–, I–, Сl– и т. д.
Метод основан на использовании ионоселективных электродов, мембрана которых проницаема для определенного типа ионов (отсюда, как правило, высокая селективность метода).
Количественное содержание определяемого иона проводится либо с помощью градуировочного графика, который строится в координатах Е–рС, либо методом добавок. Метод стандартных добавок рекомендуется использовать для определения ионов в сложных системах, содержащих высокие концентрации посторонних веществ.
Полярография. Метод переменно–токовой полярографии используют для определения токсичных элементов (ртуть, кадмий, свинец, медь, железо).
Метод основан на изучении вольтамперных кривых, полученных при электролизе электроокисляющегося или электровосстанавливающегося вещества. В качестве индикаторного электрода в полярографии чаще всего применяют ртутный капельный электрод, иногда твердые микроэлектроды – платиновый, графитовый. В качестве электрода сравнения используют либо ртуть, налитую на дно электролизера, либо насыщенный каломельный полуэлемент.
По мере увеличения напряжения наступает момент, когда все ионы, поступающие к электроду за счет диффузии, немедленно разряжаются и концентрация их в приэлектродном слое становится постоянной и практически равной нулю. Ток, протекающий в это время в цепи, называют предельным диффузионным током.
Количественный полярографический анализ основан на использовании прямой пропорциональной зависимости величины диффузионного тока от концентрации определяемого элемента.
38. Водорастворимые витамины.
Витамин С (L–аскорбиновая кислота). Впервые выделен из лимона. Необходим для нормальной жизнедеятельности человека: противоцинготный фактор, участвует во многих видах окислительно–восстановительных процессов, положительно действует на центральную нервную систему, повышает сопротивляемость человека к экстремальным воздействиям, участвует в обеспечении нормальной проницаемости стенок капиллярных сосудов, повышает их прочность и эластичность, способствует лучшему усвоению железа, нормальному кроветворению. При нехватке витамина С наблюдается сонливость, утомляемость, снижается сопротивляемость организма человека к простудным заболеваниям, при авитаминозе развивается цинга. Все необходимое количество витамина С человек получает с пищей. Основные его источники – овощи, фрукты, ягоды: в свежем шиповнике 300–20 000 мг%, черной смородине 200–500 мг%, капусте 50–70 мг%, молодом картофеле 20–30 мг%. Витамин С крайне нестоек, легко разрушается кислородом воздуха в присутствии следов железа и меди, более устойчив в кислой среде, чем в щелочной, мало чувствителен к свету. В силу нестойкости его содержание в овощах и плодах при их хранении быстро снижается. Исключение – свежая и квашеная капуста. При тепловой обработке пищи разрушается на 25–60%. Витамин С используется для обогащения соков, водорастворимых напитков, сухих завтраков, молока, в качестве хлебопекарного улучшителя, для сохранения цвета мясных продуктов совместно с нитратами и нитритами.
Витамин В1 (тиамин, аневрин). Тиамин участвует в регулировании углеводного обмена, а также в реакциях энергетического обмена. Недостаток его вызывает нарушение в работе нервной, сердечно–сосудистой, пищеварительной систем, полиневрит (бери–бери). Действующей в организме формой витамина В1 является его тиаминдифосфат (ТДФ, кокарбоксилаза). Основные источники витамина B1 – продукты из зерна: пшеничный и ржаной хлеб, хлеб из муки грубого помола, некоторые крупы (в овсяной – 0,5 мг%, ядрице – 0,4 мг%), бобовые (в горохе – 0,8 мг%, фасоли 0,5 мг%), свинина – 0,5–0,6 мг%, шрот соевый – 2,2 мг%. Витамин B1 содержится в периферийных частях зерна, и при помоле переходит в отруби (рис. 6.1). Для увеличения содержания тиамина на мельзаводах проводят обогащение муки высшего и I сорта синтетическим тиамином.
Витамин В1 используют для обогащения продуктов из риса, детского питания, молока и молочных продуктов, зерновых продуктов быстрого приготовления. Витамин В1 стоек к действию кислорода, кислот, редуцирующих веществ, чувствителен к действию света, температуры. В щелочной среде легко разрушается, например, при добавлении в тесто щелочных разрыхлителей: соды, углекислого аммония. Расщепляется и под влиянием фермента тиаминазы, который содержится в сырой рыбе, но разрушается при ее варке.
H
Витамин B2 (рибофлавин). Участвует в качестве кофермента флавинмонуклеотида в ферментных системах, катализирующих транспорт электронов и протонов в окислительно–восстановительных реакциях, протекающих в живом организме. Участвует в обмене белка, жира, нормализует функцию нервной, пищеварительных систем. Koферментам витамина B2 принадлежит важная роль при превращениях B6 и фолиевой кислоты в их активные коферментные формы, триптофана в ниацин. При недостатке рибофлавина возникают заболевания кожи (себорея, псориаз), воспаление слизистой оболочки ротовой полости, появляются трещины в углах рта, развиваются заболевания кровеносной системы и желудочно–кишечного тракта.
Источники витамина B2 (содержание, мг%) в молочных продуктах: молоке – 0,15, твороге – 0,3, сыре – 0,4; в яйцах – 0,4; в хлебе – 0,1; в ядрице – 0,2; в мясе – 0,1–0,2; в печени – 2,2; в бобовых – 0,15; в овощах и фруктах – 0,01–0,06.
252
Некоторое количество витамина B2 поступает в организм человека в результате деятельности кишечной микрофлоры. Витамин B2 устойчив к повышенным температурам, окислению, не разрушается в кислой среде, нестоек к действию восстановителей в щелочной среде, разрушается под действием света.
Витамин B6 (пиридоксин). Существует в трех различных химических формах: пиридоксин, пиридоксоль, пиридоксаль, пиридоксамин. Участвует в синтезе и превращениях амино– и жирных кислот в качестве кофермента пиридоксальфосфата (ПАЛФ) в пиридоксальных ферментах азотистого обмена. Необходим для нормальной деятельности нервной системы, органов кроветворения, печени. Недостаток вызывает дермиты.
Витамин B6 широко распространен в природе. Основные его источники для человека (мг%): мясные продукты – 0,3–0,4; рыба – 0,1–0,2; соя и фасоль – 0,9; крупы (ядрица) – 0,4; пшено – 0,52; картофель – 0,30. Он устойчив к повышенным температурам, кислотам, разрушается на свету и в щелочных средах. Некоторое количество витамина B6 поступает в организм в результате деятельности кишечной микрофлоры. Витамин B6 в виде пиридоксин гидрохлорида используется для обогащения муки, изделий из зерна, молочных продуктов, продуктов лечебно–профилактического и детского питания.
Фолиевая кислота (витамин B9, фолацин). Под названием фолацин выступают два витамина: собственно фолиевая кислота и тетрагидрофолиевая кислота. Название произошло от лат. folium – лист. Участвует в процессах кроветворения, переносе одноуглеродных радикалов, синтезе амино– и нуклеиновых кислот, холина, пуриновых и пиримидиновых оснований в качестве кофермента тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК) соответствующих ферментов. Фолиевая кислота необходима для деления клеток, роста органов, нормального развития зародыша и плода, функционирования нервной системы. Фолиевая кислота широко распространена в природе. Много ее (мкг%) в зелени и овощах (петрушка – 110, салат – 48, фасоль – 3, шпинат – 80), в печени – 240, почках – 56, хлебе – 16–27, твороге – 35–40; мало в молоке – 5 мкг%. В значительных количествах она вырабатывается микрофлорой кишечника. Недостаток фолиевой кислоты проявляется в нарушениях кроветворения (анемия, лейкемия), работе пищеварительной системы, снижении сопротивляемости организма к заболеваниям. Применяется для борьбы с болезнями кроветворной системы (злокачественные анемии, лучевые заболевания, лейкозы, гастроэнтероколиты). Фолиевая кислота разрушается при термообработке, действии света. При пастеризации молока теряется 75% фолиевой кислоты. Легко разрушается в овощах при их переработке (до 90%). Однако в мясопродуктах и яйцах она устойчива. При кулинарной обработке мяса ее потери невелики.
Витамин B12 (цианокобаламин, оксикобаламин, антианемический витамин). Является наиболее сложным химическим соединением среди витаминов. При замене группы –C≡N на группу –ОН в молекуле цианокобала–мина образуется гидроксикобаламин, который в последнее время считается истинным витамином B12. В организме человека кобаламины превращаются в кобаламид – кофермент B12. Участвует в процессах кроветворения, превращениях аминокислот, биосинтезе (совместно с фолиевой кислотой) нуклеиновых кислот. При недостатке витамина В12 наступает слабость, падает аппетит, развивается злокачественное малокровие, нарушается деятельность нервной системы. Для эффективного усвоения этого витамина организмом человека необходим внутренний фактор гликопротеид (с молекулярной массой около 9300) слизистой желудка (внутренний фактор Костла), недостаток которого препятствует его всасыванию. Витамин B12 содержится в продуктах животного происхождения; им богаты (мкг%) печень (50–100), дрожжи (50–60), почки (20–30); в рыбе – 10, говядине – 2–6, сыре – 1–2, молоке – 0,4 мкг%. Витамин применяется при лечении анемий, для нормализации функций кроветворения, в неврологии (полиневрит, радикулит). Разрушается при длительном действии световых лучей, в кислой и щелочной среде; термостабилен.
39. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Витамин А. Встречается в качестве четырех индивидуальных представителей: ретинол, ретин ил ацетат, ретиналь, ретиноевая кислота. Ретинол в химическом отношении – непредельный одноатомный спирт, состоящий из β–ионового кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена, имеющих первичную спиртовую группу. Он имеет два витамера A1 и A2 (у A2 – дополнительная двойная связь в β–ионовом кольце). Витамин А был открыт в неомыляемой фракции жиров в 1912 г. Он участвует в биохимических процессах, связанных с деятельностью мембран клеток функционирования органов зрения. В форме ретинола витамин А является простетической группой зрительного белка – родопсина
При недостатке ретинолаза медляется рост развивающегося организма, нарушается зрение (ксерофтальмия – сухость роговых оболочек; "куриная слепота"), особенно его адаптация к различной освещенности (гемералопия),происходит ороговение слизистых оболочек, появляются трещины кожи.
Обнаружен витамин только в продуктах животного происхождения, особенно много его в печени морских животных и рыб. В рыбьем жире – 15, печени трески – 4, в сливочном масле – 0,5, молоке – 0,025 мкг% витамина А.
Потребность человека в витамине А может быть удовлетворена и за счет растительной пищи, в которой содержатся его провитамины – каротины. Из молекулы β–каротина в организме человека образуется две молекулы витамина А. β–Каротина больше всего в моркови – 9,0, красном перце – 2, помидорах – 1, сливочном масле – 0,2–0,4 мкг%.
Ретинол легко окисляется и разрушается под действием света на воздухе. При кулинарной обработке разрушается до 30% витамина А.
Витамины группы D. Под этим термином понимают несколько соединений, относящихся к стеринам; наиболее активны – эргокальциферол (D2) и холекальциферол (D3). Первый является продуктом растительного, второй –"животного происхождения.
Витамин D регулирует содержание кальция и неорганического фосфора в крови, участвует в минерализации костей и зубов. Этим и объясняется его второе название: кальциферол, или несущий кальций. Хронический дефицит его приводит к развитию рахита у детей и разрежению костей – остеопорозу – у взрослых (следствие его – частые переломы костей). Кальциферолы содержатся в продуктах животного происхождения (мкг%): рыбьем жире – 125; печени трески – 100; говяжьей печени – 2,5; яйцах – 2,2; молоке – 0,05; сливочном масле – 1,3–1,5. Потребность в этом витамине у взрослого человека удовлетворяется за счет его образования в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей из провитаминов, например 7–дегидрохолестерина. У детей суточная потребность в этом витамине выше, чем у взрослых – 12–25 мкг, и при гипо– или авитаминозе необходимо его повышенное поступление с пищей или со специальными препаратами. При избытке витамина D у детей и взрослых (гипервитаминоз) развивается витаминная интоксикация. Витамин D не разрушается при кулинарной обработке, очень чувствителен к свету, действию кислорода, ионов металлов.
Токоферолы (витамин E). Обладающий наибольшей биологической активностью среди соединений этой группы, α–токоферол в чистом виде впервые был выделен в 1936 г. из зародышей пшеницы. Известно еще несколько представителей этой группы (токоферолы, метилтоколы), которые имеют меньшее количество метальных групп в ароматическом ядре и их аналоги – токотриенолы – с ненасыщенной боковой цепью.
40. Витаминоподобные соединения
Витаминоподобные соединения, как уже указывалось, относятся к биологически активным соединениям, выполняющим важные и разнообразные функции в организме. Их можно разделить на несколько групп (см. табл. 6.1, с. 248). В настоящем разделе учебника мы коротко остановимся только на некоторых.
Холин (холинхлорид) (СН3)3–N+(OH)––CH2–CH2OH. Входит в состав некоторых фосфолипидов (фосфатидилхолины).
Входит в состав ацетилхлорида, важнейшего нейромедиатора. Участвует в биосинтезе метионина, адреналина, нуклеиновых кислот. При авитаминозе наблюдается жировое перерождение печени, кровоизлияния во внутренних органах.
Биофлавоноиды. Наиболее важные представители: гесперидин, ка–техин, рутин. Биофлавоноиды – группа веществ, обладающих способностью укреплять, поддерживать эластичность стенок капилляров, снижать их проницаемость. Их особенностью является присутствие в качестве структурных компонентов циклов, в том числе ароматических и содержащих двойные связи, окси– и карбонильные группы, остатки сахаров.
Гесперидин – гликозид, содержащий глюкозу и рамнозу. Выделяют из цедры лимона.
Катехины – группа соединений, выделяемых из листов чая, бобов какао, винограда. Их представителями являются эпикатехин и рутин. Рутин – гликозид, состоящий из кварцетина, глюкозы и рамнозы. Часто используется совместно с витамином С, который предохраняет его от окисления.
41 Витаминизация продуктов питания
Здоровое питание населения является одним из важнейших условий здоровья нации. Массовые обследования, проведенные Институтом питания РАМН, свидетельствуют о дефиците витаминов у большей части населения России. Наиболее эффективный способ витаминной профилактики – обогащение витаминами массовых продуктов питания. Витаминизация (иногда в комплексе с обогащением минеральными микроэлементами) позволяет повысить качество пищевых продуктов, сократить расходы на медицину, обеспечить социально незащищенные слои населения витаминами, восполнить их потери, происходящие при получении пищевого продукта на стадиях технологического процесса или кулинарной обработки. При этом необходимы следующие решения: а) выбор подходящего продукта для витаминизации, б) определение уровня витаминизации, в) разработка системы контроля.
Основные группы продуктов питания для обогащения витаминами:
 мука и хлебобулочные изделия – витамины группы В;
 продукты детского питания – все витамины;
 напитки, в том числе сухие концентраты, – все витамины, кроме A, D;
 молочные продукты – витамины A, D, E, С;
 маргарин, майонез – витамины A, D, E;
 фруктовые соки – все витамины, кроме A, D.
42. Пищевые кислоты и их влияние на качество продуктов
Пищевые кислоты представляют собой разнообразную по своим свойствам группу веществ органической и неорганической природы.
Состав и особенности химического строения пищевых кислот различны и зависят от специфики пищевого объекта, а также природы кислотообразования.
В большинстве растительных объектов обнаружены нелетучие моно–и трикарбоновые кислоты, предельные и непредельные, в том числе гидрокси– и оксокислоты.
В продуктах переработки плодов, например, в мезге, могут быть выявлены летучие кислоты – муравьиная и уксусная. Кислотность молока и молочных продуктов формируется как за счет молочной кислоты, образуемой в результате биохимических превращений лактозы молока, так и за счет других, содержащихся в молоке кислот и кислых солей, а также кислотных групп казеина.
Пищевые кислоты в составе продовольственного сырья и продуктов выполняют различные функции, связанные с качеством пищевых объектов.
В составе комплекса вкусоароматических веществ они участвуют в формировании вкуса и аромата, принадлежащих к числу основных показателей качества пищевого продукта. Именно вкус, наряду с запахом и внешним видом, по сей день оказывает более существенное влияние на выбор потребителем того или иного продукта по сравнению с такими показателями, как состав и пищевая ценность. Изменения вкуса и аромата часто оказываются признаками начинающейся порчи пищевого продукта или наличия в его составе посторонних веществ.
Главное вкусовое ощущение, вызываемое присутствием кислот в составе продукта, - кислый вкус, который в общем случае пропорционален концентрации ионов H+ (с учетом различий в активности веществ, вызывающих одинаковое вкусовое восприятие). Например, пороговая концентрация (минимальная концентрация вкусового вещества, воспринимаемая органами чувств), позволяющая ощутить кислый вкус, составляет для лимонной кислоты 0,017%, для уксусной - 0,03%.
В случае органических кислот на восприятие кислого вкуса оказывает влияние и анион молекулы. В зависимости от природы последнего могут возникать комбинированные вкусовые ощущения, например, лимонная кислота имеет кисло-сладкий вкус, а пикриновая - кисло-горький. Изменение вкусовых ощущений происходит и в присутствии солей органических кислот. Так, соли аммония придают продукту соленый вкус.
Естественно, что наличие в составе продукта нескольких органических кислот в сочетании с вкусовыми органическими веществами других классов обусловливают формирование оригинальных вкусовых ощущений, часто присущих исключительно одному, конкретному виду пищевых продуктов.
43. регуляторы кислотности пищевых систем
Наличие пищевых кислот в продукте может являться следствием преднамеренного введения кислоты в пищевую систему в ходе технологического процесса для регулирования ее рН.
В этом случае пищевые кислоты используются в качестве технологических пищевых добавок.
Обобщенно можно выделить три основные цели добавления кислот в пищевую систему:
- придание определенных органолептических свойств (вкуса, цвета, аромата), характерных для конкретного продукта;
- влияние на коллоидные свойства, обусловливающие формирование консистенции, присущей конкретному продукту;
- повышение стабильности, обеспечивающей сохранение качества продукта в течение определенного времени.
Уксусная кислота (ледяная) Е460 является наиболее известной пищевой кислотой и выпускается в виде эссенции, содержащей 70-80% собственно кислоты. В быту используют разбавленную водой уксусную эссенцию, получившую название столовый уксус. Использование уксуса для консервирования пищевых продуктов - один из наиболее старых способов консервирования. В зависимости от сырья, из которого получают уксусную кислоту, различают винный, фруктовый, яблочный, спиртовой уксус и синтетическую уксусную кислоту. Уксусную кислоту получают путем уксуснокислого брожения. Соли и эфиры этой кислоты имеют название ацетаты. В качестве пищевых добавок используются ацетаты калия и натрия(Е461 и Е462).
Наряду с уксусной кислотой и ацетатами, применение находят диа-цетаты натрия и калия. Эти вещества состоят из уксусной кислоты и ацетатов в молярном соотношении 1:1. Уксусная кислота - бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой во всех отношениях. Диацетат натрия - белый кристаллический порошок, растворимый в воде, с сильным запахом уксусной кислоты.
Уксусная кислота не имеет законодательных ограничений; ее действие основано, главным образом, на снижении рН консервируемого продукта, проявляется при содержании выше 0,5% и направлено, главным образом, против бактерий. Основная область использования - овощные консервы и маринованные продукты. Применяется в майонезах, соусах, при мариновании рыбной продукции и овощей, ягод и фруктов. Уксусная кислота широко используется также как вкусовая добавка.
Молочная кислота выпускается в двух формах, отличающихся концентрацией: 40%-й раствор и концентрат, содержащий не менее 70% кислоты. Получают молочнокислым брожением Сахаров. Ее соли и эфиры называются лактатами. В виде пищевой добавки Е270 используется в производстве безалкогольных напитков, карамельных масс, кисломолочных продуктов. Молочная кислота имеет ограничения к применению в продуктах детского питания.
Лимонная кислота-продукт лимоннокислого брожения Сахаров. Имеет наиболее мягкий вкус по сравнению с другими пищевыми кислотами и не оказывает раздражающего действия на слизистые оболочки пищеварительного тракта. Соли и эфиры лимонной кислоты - цитраты. Применяется в кондитерской промышленности, при производстве безалкогольных напитков и некоторых видов рыбных консервов (пищевая добавка Е 33О).
Яблочная кислота обладает менее кислым вкусом, чем лимонная и винная. Для промышленного использования эту кислоту получают синтетическим путем из малеиновой кислоты, в связи с чем критерии чистоты включают ограничения по содержанию в ней примесей токсичной малеиновой кислоты. Соли и эфиры яблочной кислоты называются малатами. Яблочная кислота обладает химическими свойствами окси-кислот. При нагревании до 10O0C превращается в ангидрид. Применяется в кондитерском производстве и при получении безалкогольных напитков (пищевая добавка Е296).
Винная кислота является продуктом переработки отходов виноделия (винных дрожжей и винного камня). Не обладает каким-либо существенным раздражающим действием на слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта и не подвергается обменным превращениям в организме человека. Основная часть (около 80%) разрушается в кишечнике под действием бактерий. Соли и эфиры винной кислоты называются тартрата-ми. Применяется в кондитерских изделиях и в безалкогольных напитках (пищевая добавка Е334).
Янтарная кислота представляет собой побочный продукт производства адипиновой кислоты. Известен также способ ее выделения из отходов янтаря. Обладает химическими свойствами, характерными для ди-карбоновых кислот, образует соли и эфиры, которые получили название сукцинаты. При 2350C янтарная кислота отщепляет воду, превращаясь в янтарный ангидрид. Используется в пищевой промышленности для регулирования рН пищевых систем (пищевая добавка Е363).
Янтарный ангидрид является продуктом высокотемпературной дегидратации янтарной кислоты. Получают также каталитическим гидрированием малеинового ангидрида. Плохо растворим в воде, где очень медленно гидролизуется в янтарную кислоту.
Адипиновая кислота получается в промышленности, главным образом, двухстадийным окислением циклогексана. Обладает всеми химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот, в частности, образует соли, большинство из которых растворимо в воде. Легко этерифицируется в моно- и диэфиры. Соли и эфиры адипиновой кислоты получили название адипинаты. Является пищевой добавкой (Е355), обеспечивающей кислый вкус продуктов, в частности, безалкогольных напитков.
Фумаровая кислота содержится во многих растениях и грибах, образуется при брожении углеводов в присутствии Aspergillus fumaricus. Промышленный способ получения основан на изомеризации малеиновой кислоты под действием HCl, содержащей бром. Соли и эфиры называются фумаратами. В пищевой промышленности фумаровую кислоту используют как заменитель лимонной и винной кислот (пищевая добавка Е297). Обладает токсичностью, в связи с чем суточное потребление с продуктами питания лимитировано уровнем 6 мг на 1 кг массы тела.
Глюконо-дельта-лактон - продукт ферментативного аэробного окисления рН,О-глкозы. В водных растворах глюконо-дельта-лактон гидро-лизуется в глюконовую кислоту, что сопровождается изменением рН раствора. Используется в качестве регулятора кислотности и разрыхлителя (пищевая добавка Е575) в десертных смесях и продуктах на основе мясных фаршей, например, в сосисках.
Фосфорная кислота и ее соли - фосфаты (калия, натрия и кальция) широко распространены в пищевом сырье и продуктах его переработки. В высоких концентрациях фосфаты содержатся в молочных, мясных и рыбных продуктах, в некоторых видах злаков и орехов. Фосфаты (пищевые добавки Е339-341) вводятся в безалкогольные напитки и кондитерские изделия. Допустимая суточная доза, в пересчете на фосфорную кислоту, соответствует 5-15 мг на 1 кг массы тела (поскольку избыточное количество ее в организме может стать причиной дисбаланса кальция и фосфора).
44 ПИЩЕВЫЕ КИСЛОТЫ В ПИТАНИИ
Значение пищевых кислот в питании человека определяется их энергетической ценностью (табл. 7.5) и участием в обмене веществ. Обычно они не вызывают дополнительной кислотной нафузки в организме, окисляясь при обмене веществ с большой скоростью.
Таблица 7.5.Коэффициенты энергетической ценности основных пищевых кислот
Пищевая кислота Коэффициент энергетической ценности, ккал/г
Лимонная кислота 2,5
Яблочная кислота 2,4
Молочная кислота 3,6
Основная функция органических кислот, входящих в состав пищи, связана с участием в процессах пищеварения.
К таким функциям органических кислот относятся:
- активация перистальтики кишечника;
- стимуляция секреции пищеварительных соков;
- влияние на формирование определенного состава микрофлоры путем снижения рН среды;
- торможение развития гнилостных процессов в толстом кишечнике.
Для различных органических кислот обнаружены некоторые другие эффекты воздействия.
Показано, что отдельные пищевые кислоты, например лимонная, препятствуют образованию в организме канцерогенных нитрозаминов, способствуют снижению риска возникновения и развития онкологических патологий. Лимонная кислота (соответственно, цитрат) способствует также усвоению организмом кальция (ее содержание в костях и зубах составляет 0,5-1,5%), оказывает активирующее или ингибирующее действие на некоторые ферменты. Бензойная кислота обладает антисептическим действием.
Однако, с другой стороны, известно, например, что щавелевая кислота в виде кальциевой соли способна откладываться в суставах или в виде камней - в мочевыводящих путях. Основными пищевыми источниками этой кислоты являются зеленый крыжовник, листья шпината, щавеля и крапивы. В противоположность этому, в процессах, предотвращающих выпадение солей кальция в мочеточниках, важную роль играет цитрат мочевины. Образование комплексов с кальцием и магнием лежит также в основе процесса торможения кровотечения. Винная кислота организмом человека не усваивается.
45 Методы определения кислот в пищевых продуктах
В основе определения рН различных пищевых систем лежат стандартные методы, описанные в руководствах по аналитической химии. К ним относятся калориметрический и электрометрический методы.
Определение потенциальной кислотности, характеризующей общее содержание веществ, имеющих кислотный характер, основано на титровании этих веществ сильными основаниями (щелочами). Для различных пищевых продуктов характерны свои особые условия титрования, результаты которых представляют в соответствующих кислотных числах.
Анализ кислотного состава пищевого продукта дает возможность обнаружить фальсификацию или подтвердить его натуральность. Для определения содержания органических кислот используют как стандартные, так и альтернативные методы контроля.
Официальный метод анализа молочной кислоты основан на ее окислении перманганатом калия до уксусного альдегида, который определяют иодометрически. Наиболее известные методы определения винной
кислоты базируются на щелочном титровании выпадающего винного камня. Большинство органических кислот можно определить хромато-графическими методами.
К альтернативным относятся методы, основанные на использовании ферментативных систем. Характерными особенностями ферментативного анализа являются специфичность, обеспечивающая достоверность результатов, высокие точность и чувствительность.
46 общие свойства ферментов
Особенности ферментов.Ферменты, являясь по своей природе белками, обладающими третичной или четвертичной структурой, имеют ряд особенностей, которые отличают их от неорганических катализаторов.
В первую очередь, это огромная сила каталитического действия. Ферменты в 108- 1020 раз повышают скорость катализируемых ими реакций. Во-вторых, это специфичность действия ферментов. Они катализируют строго определенные реакции. Только
благодаря тончайшей специфичности ферментативного катализа возможна строгая упорядоченность и теснейшая взаимосвязь отдельных ферментативных реакций, лежащих в основе биологического обмена веществ.
По степени специфичности отдельные ферменты довольно сильно различаются между собой. Выделяют следующие основные типы специфичности:
- абсолютная специфичность - фермент катализирует превращение только одного субстрата;
- групповая специфичность - фермент действует на группу родственных субстратов, обладающих определенными структурными особенностями;
- специфичность по отношению к определенным типам реакций - такие ферменты обнаруживают наименьшую специфичность, они действуют независимо оттого, какие группы присутствуют вблизи той связи, на которую направлено действие фермента;
- стереохимическая специфичность - фермент катализирует превращение только одной стереохимической формы субстрата.
Третьей особенностью ферментов, как биологических катализаторов, является их лабильность. Они подвержены влиянию различных факторов и могут изменять свою активность под действием рН, температуры, присутствия активаторов и ингибиторов и др. Лабильность (или, иными словами, изменчивость) ферментов обусловлена их белковой природой, сложной пространственной конфигурацией (структурой).
Влияние этих факторов на активность ферментов и скорость катализируемых ими реакций будет рассмотрена в разделе кинетики.
Многие ферменты являются двухкомпонентными, то есть состоят из белковой части - апофермента и связанного с ним небелкового компонента - кофермента, участвующего в действии фермента в качестве обязательного кофактора. В результате ферментативных реакций коферменты, как правило, не подвергаются изменениям, однако при ряде последовательно протекающих реакций кофермент может представлять собой субстрат для отдельных ферментов, хотя и регенерируется в конечном счете в исходной форме.
Химическая природа коферментов, их функции в ферментативных реакциях и механизм действия чрезвычайно разнообразны. Так, например, в качестве коферментов могут выступать витамины и их производные.
В соответствии с химическим строением коферменты можно подразделить на следующие группы: а) коферменты алифатического ряда (глутатион, липоевая кислота); б) коферменты ароматического ряда (коэнзим Q - убихинон); в) коферменты - гетероциклические соединения (производные витаминов B6, B1, биотина - витамина H, производные
фолиевой кислоты); г) коферменты - нуклеотиды и нуклеозиды (коэн-зим А, НАД/НАДО, ФАД/ФАДФ).
47 Оксидоредуктазы
Полифенолоксидаза. Иначе о-дифенолоксидаза, тирозиназа, фенолаза, катехолаза и др. Фермент может катализировать окисление моно-, ди-, и полифенолов.
Молекула фермента обладает четвертичной структурой и имеет молекулярную массу около 34 000 Да. Полифенолоксидаза — купропротеид. Содержание меди — 0,2%, или один атом Си на 1 молекулу фермента. Зона оптимальной активности лежит между рН 5,0 — 7,0.
В зависимости от того, из какого источника выделен фермент, способность его к окислению различных фенолов различна.
С действием этого фермента связано образование темноокрашенных соединений — меланинов при окислении кислородом воздуха аминокислоты — тирозина. Потемнение срезов картофеля, яблок, грибов, персиков и других растительных тканей в большей степени или полностью зависит от действия полифенолоксидазы. В пищевой промышленности имеет место при сушке плодов и овощей, а также при производстве макаронных изделий из муки с повышенной активностью полифенолоксидазы. Эта цель может быть достигнута путем тепловой инактивации фермента (бланшировка), добавлением ингибиторов (NaHSO 3 , SO 2 , NaCl) или связыванием субстрата посредством метилирования.
Положительная роль фермента проявляется при некоторых ферментативных процессах: например, при ферментации чая. Окисление дубильных веществ чая под действием полифенолоксидазы приводит к образованию темноокрашенных и ароматических соединений, которые определяют цвет и аромат черного чая.
Каталаза. Этот фермент катализирует разложение пероксида водорода. Таким образом, фермент окисляет одну молекулу перекиси водорода до кислорода с одновременным восстановлением другой молекулы перекиси водорода до Н 2 О. Каталаза относится к группе гемопротеиновых ферментов. Содержит 0,009% железа в виде геминовой группировки или 4 атома на одну молекулу фермента. Молекулярная масса ферментов, выделенных из различных объектов (дрожжей, растительных и животных тканей, микроорганизмов), лежит в пределах от 225 000 до 250 000 Да. Они имеют существенные различия в оптимуме рН (от 2 до 9), в термо- и рН-стабильности. Фермент ингибируется цианидом (обратимо), фенолами (обратимо лишь в слабой форме), щелочью и мочевиной (необратимо). Функцией каталазы в живом организме является
защита клетки от губительного действия перекиси водорода.
Хорошим источником для получения промышленных препаратов каталазы являются культуры микроорганизмов и печень крупного рогатого скота.
Каталаза находит свое применение в пищевой промышленности при удалении избытка Н 2 О 2 при обработке молока в сыроделии, где последняя используется в качестве консерванта; а также совместно с глюкозооксидазой применяется для удаления кислорода и следов глюкозы.
Пероксидаза. Пероксидаза — двухкомпонентный фермент, представляющий собой сочетание тема и гликопротеида. Показано, что углеводная часть придает белку большую специфичность; предполагают, что углеводы стабилизируют трехмерную структуру фермента.
Доказано существование изоферментов, то есть тех форм ферментов, которые обусловлены генетически. В связи с этим принято говорить о целой системе пероксидаз, работающих в любом живом организме. Интересным представляется факт широкой субстратной специфичности пероксидаз по отношению к донорам водорода (1 –и субстрат), ими могут служить фенолы, амины, другие органические соединения; и строгой специфичности по отношению к акцептору водорода (2-й субстрат) — перекиси водорода.
Механизм реакции, предположительно, основан на образовании комплексов фермент — донор и двух одновалентных ступеней окисления.
Изучению пероксидазы были посвящены классические работы Г. Теореля, Б. Чанса, А. Н. Баха, Р. Шода. Наиболее активная Пероксидаза выделена из корней хрена. Ее молекулярная масса равна примерно 40 000 Да, изоэлектрическая точка 7,2. Фермент содержит один атом железа на молекулу. Он достаточно устойчив в растворах при величинах рН от 4 до 12; его термостабильность значительно выше термостабильности каталазы. Оптимум рН для пероксидазы хрена равен 7; при рН от 6 до 8 сохраняется 70% его активности.
Липоксигеназа. Этот фермент катализирует окисление полиненасыщенных высокомолекулярных жирных кислот (линолевой и линоленовой) кислородом воздуха с образованием высокотоксичных гидроперекисей.
Основное количество жирных кислот превращаются в гидроперекиси, обладающие сильными окислительными свойствами, и именно на этом основано использование липоксигеназы в пищевой промышленности.
Липоксигеназа впервые была выделена из семян сои в 1928 г. Последующие исследования показали, что липоксигеназа широко распространена и в других растительных объектах:
пшенице и других злаках, в семенах масличных и бобовых культур, в картофеле, баклажанах и т. д.
Тем не менее самым богатым источником фермента является мука соевых бобов. Липоксигеназе принадлежит важная роль в процессах созревания пшеничной муки, связанных с улучшением ее хлебопекарных достоинств. Образующиеся под действием фермента продукты окисления жирных кислот способны вызывать сопряженное окисление ряда других компонентов муки (пигментов, SH-групп клейковинных белков, ферментов и др.). При этом происходит осветление муки, укрепление клейковины, снижение активности протеолитических ферментов и другие положительные изменения.
В разных странах разработаны и запатентованы способы улучшения качества хлеба, основанные на использовании препаратов липоксигеназы (главным образом, липоксигеназы соевой муки). Все они требуют очень точного дозирования фермента, так как даже небольшая передозировка приводит к резко отрицательному эффекту и вместо улучшения качества хлеба происходит его ухудшение.
Использование липоксигеназы как улучшителя окислительного действия требует определенной осторожности, так как хорошо известна токсичность переокисленных жиров. Интенсивное окисление липоксигеназой свободных жирных кислот может сопровождаться вторичными процессами образования веществ различной химической природы с неприятным вкусом и запахом, характерным для прогорклого продукта. Технологически приемлема ограниченная степень окисления полиненасыщенных жирных кислот как промежуточного звена преобразования других компонентов биологического материала, не приводящая к накоплению фракции окисленных липидов.
Глюкозооксидаза. Этот фермент был впервые выделен еще в 1904 г. Н. А. Максимовым из плесневых грибов. Фермент представляет собой флавопротеид, в котором белок соединен с двумя молекулами ФАД. Он окисляет глюкозу с образованием в конечном счете глкжоновой кислоты и обладает практически абсолютной специфичностью по отношению к глюкозе. Суммарное уравнение имеет следующий вид: Глюкоза + Н 2 О + О 2 = глюконовая кислота + Н 2 О 2
На первом этапе этой реакции происходит отнятие двух атомов водорода у первого
углеродного атома глюкозы. При этом образуется восстановленный флавиновый фермент
и лактон глюконовой кислоты. Далее восстановленный фермент реагирует с кислородом
воздуха, и образуется перекись водорода. Токсичная перекись водорода расщепляется
каталазой на кислород и воду, а β-О-глюконо-б-лактон подвергается спонтанному
расщеплению с присоединением воды, в результате чего образуется глюконовая кислота.
Высокоочищенные препараты глюкозооксидазы получают из плесневых грибов рода
Aspergillus и Penicillium. Они имеют примерно одинаковую молекулярную массу — около
150 000 Да, изоэлектрическую точку 4,2 — 4,3 и оптимум рН 5,6.
Благодаря исключительной специфичности препараты глюкозооксидазы применяются как
аналитическое средство для количественного определения глюкозы.
Кроме этого, препараты глюкозооксидазы нашли применение в пищевой
промышленности как для удаления следов глюкозы, так и для удаления следов кислорода.
Первое — необходимо при обработке пищевых продуктов, качество и аромат которых
ухудшаются из-за того, что в них содержатся восстанавливающие сахара; например, при
получении из яиц сухого яичного порошка. Здесь имеется в виду реакция Майяра, т. к.
глюкоза при сушке и хранении яичного порошка, особенно при повышенной температуре,
легко вступает в реакцию с аминными группами аминокислот и белков. Порошок темнеет,
и образуется ряд веществ с неприятным вкусом и запахом. Второе — необходимо при
обработке продуктов, в которых длительное присутствие небольших количеств кислорода
приводит к изменению аромата и цвета (пиво, вино, фруктовые соки, майонез). Внесение
пакетиков, содержащих смесь воды, глюкозы, фермента и буфера, способствует удалению
кислорода из воздушного пространства. Во всех подобных случаях в ферментную систему
включают каталазу, разлагающую Н 2 О 2 , которая образуется при реакции глюкозы с
кислородом. Этот метод нашел широкое применение в США для удаления кислорода из
48 Гидролитические ферменты
Для технологов наибольший интерес представляют три подкласса ферментов класса гидролаз. Это ферменты, действующие на сложноэфирные связи — эстеразы; действующие на гликозидные соединения — гликозидазыьи действующие на пептидные связи — протеазы.
Эстеразы. Этот подкласс включает большое число ферментов (около 150), которые разделены на семь подподклассов: ферменты, действующие на эфиры карбоновых кислот; эстеразы тиоловых эфиров; гидролазы фосфорных моноэфиров или фосфатазы; гидролазы фосфорных диэфиров; гидролазы моноэфиров олигофосфорных кислот; сульфатазы; эстеразы моноэфиров
дифосфорных кислот.
Наиболее важными с точки зрения участия в различных биохимических процессах, имеющих место при хранении и переработке пищевого сырья, являются ферменты подподкласса .
Липаза . Липаза или триацилглицероллипаза широко распространена в природе и играет важную роль в процессах, протекающих при переработке и хранении пищевых продуктов. В настоящее время выделены и охарактеризованы липазы растительного происхождения (липаза клещевины, пшеницы и других злаков), животного (панкреатическая липаза, липаза молока) и микробного (бактериальные и грибные липазы).
Установлено, что липазы быстрее отщепляют остатки высокомолекулярных жирных
кислот, чем низшие карбоновые кислоты. Ферментативный гидролиз липидов имеет
существенное отличие от других гидролитических реакций. Парадокс заключается в том,
что липаза — водорастворимый фермент, а ее субстрат гидрофобен; однако активность
липазы возрастает на границе "вода — липид". Этот феномен известен под названием
"межфазная активация".
Липазы различного происхождения сильно отличаются друг от друга по специфичности
действия, сродству к различным субстратам, растворимости, оптимуму рН и другим
свойствам. Так, например, липаза семян клещевины нерастворима в воде, имеет оптимум
рН 4,7 — 5,0; панкреатическая липаза растворима, и оптимум рН ее действия лежит в
слабощелочной среде. Липазы микробного происхождения и липаза пшеничных
зародышей также отличаются от липазы клещевины. Они растворимы в воде и имеют рН
оптимум при 8,0. Липаза молока, молекулярная масса которой примерно 7000 Да, имеет
оптимум рН 9,0 — 9,2 при гидролизе молочного жира.
Зерновая липаза участвует в процессе порчи зерновых продуктов при хранении. Особенно
это касается продуктов, содержащих повышенное количество жира, например, овсяной
муки или крупы, пшена. Накопление свободных жирных кислот под действием липазы
(рост кислотного числа жира) — признак ухудшения качества продукта. Свободные
жирные кислоты, особенно ненасыщенные, легко подвергаются окислению под
воздействием разных факторов: липоксигеназы, тепловой обработки, кислорода воздуха,
солнечного света и др. Таким образом, липазы могут инициировать процесс прогоркания
и ограничивать сроки хранения пищевых продуктов.
Одна из особенностей липаз связана с тем, что эти ферменты способны катализировать и
обратную реакцию, осуществлять синтез сложных эфиров, а также производить
переэтерефикацию триглицеридов, т. е. изменять их жирнокислотный состав. На этом
основании разрабатываются способы получения новых форм жировых продуктов с
использованием специфических липаз. Так, например, путем реакции переэтерифи-кации
делаются попытки получения жира — аналога масла какао из дешевого исходного сырья.
Пектинэстераза. Пектинэстеразы синтезируются высшими растениями,
микроскопическими грибами, дрожжами и бактериями. Пектинэстераза катализирует
гидролиз сложноэфирных связей в молекуле растворимого пектина, в результате чего
образуется метиловый спирт и полигалактуроновая кислота.
Гидролазы гликозидов или гликозидазы (Н.Ф.3.2). Этот подкласс включает около ста
ферментов с разной специфичностью действия, осуществяющих гидролиз олиго- и
полисахаридов; некоторые ферменты этого типа способны осуществлять трансферазные
реакции — переносить гликозидные остатки на олиго- и полисахариды, наращивать
полисахаридные цепочки. Представители гликозидаз были одними из первых ферментов,
обратимость действия которых in vitro была экспериментально доказана.
Основной формой запасных углеводов в семенах и клубнях растений является крахмал.
Ферментативные превращения крахмала лежат в основе многих пищевых технологий.
Поэтому ферменты амилолитического комплекса растительного, животного и микробного
происхождения интенсивно изучаются со времени их открытия Кирхгофом в 1814 г. и до
настоящего времени.
α-Амилаза (Н.Ф.3.2.1.1). α-Амилазы обнаружены у животных (в слюне и поджелудочной
железе), в растениях (проросшее зерно пшеницы, ржи, ячменя), они вырабатываются
плесневыми грибами и бактериями. Все эти ферменты гидролизуют крахмал, гликоген и
родственные α-1,4-глюканы с образованием, главным образом, декстринов и небольшого
количества дисахарида — мальтозы.
α-Амилазы гидролизуют α-1,4-связи внутри молекулы крахмала, разрывая связь между
первым углеродным атомом и кислородом, связывающим этот углерод с соседней
молекулой глюкозы.
Скорость, с которой α-амилазы гидролизуют глюканы различной степени полимеризации,
быстро уменьшается по мере ее снижения. Амилоза — линейная фракция крахмала,
гидролизуется быстрее, чем амилопектин, имеющий разветвленную структуру.
Скорость гидролиза α-амилазой зависит от вида и состояния крахмала (нативный или
клейстеризованный крахмал), а также от эффективности самих амилаз. На основании
параллельно проводившихся опытов (в одних — действовали препаратами амилаз на
клейстеризованный крахмал, а в других — эквивалентными концентрациями на нативные
крахмальные зерна) было показано, что эффективность амилаз различного происхождения
уменьшается в следующем порядке: панкреатическая, солодовая, бактериальная, грибная.
Характерной особенностью всех α-амилаз является наличие одного атома Са на молекулу
фермента. Роль кальция состоит в том, что он стабилизирует вторичную и третичную
структуру молекулы α-амилазы, обеспечивая таким образом ее каталитическую
активность и вместе с тем предохраняя фермент от действия протеолитических ферментов
и тепловой денатурации.
Мощным механизмом регуляции скорости расщепления крахмальных гранул является
система белковых ингибиторов амилаз, широко представленных в растениях. Ингибиторы
белковой природы избирательно взаимодействуют с амилазами и образуют неактивные
комплексы "амилаза — ингибитор". Высокой активностью обладают ингибиторы амилаз
картофельного сока. Из зерна пшеницы выделен ингибитор с двумя активными центрами
(двухцентровой). Один активный центр имеет сродство к протеазам и способен
блокировать их действие. Другой активный центр имеет сродство к амилазам. Таким
образом, один ингибитор белковой природы способен блокировать работу как протеаз, так
и амилаз. В образующемся надмолекулярном комплексе ингибитор выполняет
своеобразную роль связывающего звена, подавляя активность ферментов разного
механизма действия.
β-Амилаза. β-Амилаза отщепляет мальтозу от нередуцирующего конца цепи,
разрывая гликозидные связи через одну. Название "|3-амилаза" было выбрано для того,
чтобы показать, что мальтоза образуется в β-аномерной форме. Это не означает, что в
молекуле крахмала присутствуют β- связи, а указывает скорее на то, что происходит
инверсия конфигурации, которая может иметь место в процессе ферментативного превращения вещества, содержащего асимметрический атом углерода.
Такая инверсия была открыта П. Вальденом в 1893 г. и поэтому названа вальденовской
инверсией. На представленной ниже схеме действие β-Амилазы на амилозу и
амилопектин показано стрелками.
β-Амилазы — это ферменты в основном растительного происхождения. Хорошо
известными источниками являются зерно пшеницы, а также пшеничный и ячменный
солод, соевые бобы, клубни картофеля.
В отличие от α-амилазы, β-Амилаза менее термостабильна, но проявляет большую
устойчивость к кислым значениям рН, сохраняя свою активность при рН 3,3. Это нашло
свое отражение в способе разделения α-и β-Амилаз солода, где оба фермента
присутствуют одновременно.
Глюкоамилаза. Глюкоамилаза (у-амилаза) продуцируется различными
видами плесневых грибов рода Aspergillus: A. oryzae, A. niger, A. awamory и некоторыми
другими, например, Rhizopusdelamarn Rhizopus niveus. Эти ферменты расщепляют как
амилозу, так и амилопектин до глюкозы, последовательно действуя с нередуцирующего
конца цепи крахмала. Они способны гидролизовать α-1,4 и α-1,6 гликозидные связи.
Различные глюкоамилазы отличаются друг от друга скоростью гидролиза крахмала,
отношением к температуре и рН, и некоторыми другими показателями. На использовании
препаратов грибной глюкоамилазы разработан ферментативный метод получения
глюкозы, который получил широкое распространение в Японии.
Поллуланаза(Н.Ф. 3.2.1.41). Ранее этот фермент был известен под другими названиями —
R-фермент, предельная декстриназа, дебранчинг-фермент.
Поллуланаза является эндогенным ферментом, она способна хаотично гидролизовать α-
1,6-гликозидные связи в пуллулане, амилопектине, гликогене и предельных декстринах,
которые получаются при совместном воздействии на крахмал и гликоген α- и β-Амилаз.
Наиболее частым отцепляемым фрагментом является мальтотриоза. На представленной
ниже схеме действие пуллулоназы на пуллулан показано стрелками.
Продуцетами пуллуланазы являются Aerobacter aerogenes, Bacillus cereus, Bacillus
polimyxa, Bacillus sp. и Streptomyces. Ферменты, полученные из различных источников,
обладают разной молекулярной массой (от 48 000 до 143 000 Да) и по разному относятся к температуре и рН, действию ингибиторов и активаторов.
Инулаза (Н.Ф. 3.2.1.7). Фермент осуществляет гидродиз инулина и других
полифруктозанов по (3-1,2-фруктозидной связи, начиная с β-фруктозидного конца
полимера. В результате образуется фруктоза и единственная молекула глюкозы на одну
молекулу инулина. При полном гидролизе инулина получается 95% фруктозы и 5%
глюкозы.
Фермент гидролизует главным образом инулин; сахароза, рафиноза также гидролизуются,
но с незначительной скоростью. Инулаза содержится в тех же растениях (топинамбур,
цикорий), в которых присутствует инулин. Активная инулаза продуцируется Aspergillus
awamori BKM-808 при глубинном культивировании. Препарат обладает высокой
стабильностью к Н + -ионам и температуре. Оптимум рН действия 4,5; оптимум
температуры — 65°С.
Полученные из инулина фруктозные сиропы могут быть широко использованы в
кондитерской промышленности и диетическом питании.
β-Фруктофуранозидаза. Другие названия этого фермента — инвертаза или
сахараза.
Для промышленного производства имеют значения только ферменты из S. cerevisiae и S.
carlsbergensis. β-Фруктофуранозидазу выделяют из дрожжей путем автолиза. Этот
фермент гидролизует сахарозу по β-фруктозидной связи согласно уравнению:
В результате действия фермента на сахарозу получается смесь эквимолярных количеств α-
глюкозы и β-фруктозы, получившая название "инвертного сахара". Термин "инверсия"
обозначает изменения, происходящие в способности сахара вращать плоскость
поляризованного света. Это можно выразить следующей схемой:
Сахароза + Н 2 О → D (+)-глюкоза + D ( — )-фруктоза [α] D =+66,5° [ α] D = +52,5° [α] D = -92,4°
Оптимум рН дрожжевой инвертазы находится в достаточно широкой зоне от 4,0 до 5,5.
Фермент ингибируется ионами металлов. Полное ингибирование происходит под
действием ртути и свинца; частичное ингибирование вызывают ионы серебра, цинка,
меди. β-Фруктофуранозидаза гидролизует также рафинозу и метил-β-О-фруктофуранозид,
причем, если относительную скорость гидролиза сахарозы принять за 100, то
соответствующие скорости расщепления этих субстратов будут равны 47 и 77.
Инвертаза находит широкое применение в пищевой промышленности. Гидролиз
концентрированных растворов сахарозы приводит к образованию более сладких сиропов.
Точка кипения инвертированных сиропов выше, а точка замерзания ниже, т. к. при
инверсии повышается осмотическое давление.
β-Галактозидаза. Фермент, который часто называют лактазой,
катализирует реакцию гидролитического отщепления нередуцирующих остатков β-D-
галактозы в β-галактозидах, в частности, в молочном сахаре — дисахариде лактозы:
Ферментные препараты лактазы, применяемые в пищевой промышленности, получают с
помощью различных продуцентов: микроскопических грибов (A. oryzae, A. niger),
бактерий (Е. coli, Lactobacillus), дрожжей (S. fragilis, S. psedotropicalis). Все они имеют
различные температурные оптимумы, которые, однако, лежат в пределах 37 — 50°С.
Оптимумы рН этих ферментов также заметно отличаются: для бактериальных — около
7,0; для грибных — около 5,0; для дрожжевой лактазы — около 6,0.
При гидролизе лактозы в цельном молоке, обезжиренном молоке или в концентратах
молока оптимальную активность (при нейтральном рН этих субстратов) проявляет
дрожжевой фермент; для сыворотки и его концентратов — грибной. Причем в
обезжиренном молоке или сыворотке лактоза гидролизуется легче, чем в цельном, а
пастеризованные субстраты гидролизуются легче, чем непастеризованные.
β-Галактозидаза из E.coli была получена в кристаллическом состоянии, ее молекулярная
масса 850 000 Да. Она ингибируется некоторыми металлами (Си, Zn). Восстанавливающие
агенты (цистеин, сульфид Na, сульфит Na и др.) активируют фермент и способны
преодолевать влияние ингибиторов-металлов.
У некоторых групп населения (исключение составляют жители Северной Европы и
некоторых районов Африки) ярко выражена непереносимость (интолерантность) лактозы,
связанная с полным или частичным исчезновением у взрослых людей лактазной
активности в клетках кишечного эпителия. У грудных младенцев активность этого
фермента очень высока.
Эндополигалактуроназа (Н.Ф.3.2.1.15) и экзополигалактуроназа (Н.Ф.3.2.1.67). Эти два
фермента участвуют в превращениях пектиновых веществ наряду с другими
пектолитическими ферментами растительного и микробного происхождения (см. также
гл. 3).
Эндополигалактуроназа — фермент, который гидролизует α-1,4-связи в молекуле
растворимого пектина (метоксилированной полигалактуроновой кислоты),
неупорядоченным, произвольным образом. С возрастанием степени этерификации
полигалактуроновой кислоты степень и скорость гидролиза падают, т. к. для проявления
каталитической активности фермента требуются свободные карбоксильные группы.
Большинство изученных эндополигалактуроназ микроскопических грибов имеют
молекулярную массу от 30 000 до 40 000 Да. Оптимальные значения рН колеблются в
диапозоне 3,8 — 5,5.
В гидролизе этого типа связи принимает участие и другой фермент —
экзополигалактуроназа, который последовательно отщепляет молекулу галактуроновой
кислоты, начиная с нередуцирующего конца. Эндополигалактуроназа синтезируется как
грибами, так и некоторыми видами бактерий. Они отличаются по своей специфичности к
пектинам из различных источников, конечными продуктами реакции, оптимуму рН и
другим свойствам.
Для промышленного производства ферментных препаратов пек-толитических ферментов,
которые являются комплексными, в качестве продуцентов используют в основном
микроскопические (плесневые) грибы, в частности, грибы рода Aspergillus: A. niger, A.
wentii, A. oryzae. Бактериальные ферменты в промышленных масштабах не производятся.
Растительные полигалактуроназы, по-видимому, похожи на грибные прлигалактуроназы.
Они обнаружены в широком спектре плодов и овощей: помидорах, авокадо, редисе,
огурцах, яблоках, грушах, цитрусовых и др. Все они проявляют активность при
естественных рН плодов.
Применение препаратов пектолитических ферментов в промышленности достаточно
обширно. Они используются при производстве фруктовых соковых концентратов и
экстрактов, при осветлении соков и вин, при производстве фруктовых и овощных пюре и
нектаров.
Целлю лоли т и ческ и е ф ермен т ы . Ферментативное разрушение целлюлозы и
родственных ей полисахаридов (гемицеллюлозы, лигнина) — сложный процесс,
требующий участия комплекса ферментов. Продуцентами такого комплекса
целлюлолитических ферментов являются грибы рода Trichoderma, Phanerochaete
(Sporotrichum) и Fusarium, a также бактерии рода Clostridium, Cellulomonas и некоторые
другие.
Три основных типа целлюлолитических ферментов, продуцируемых микроскопическими
грибами, образуют комплекс ферментов, способных осуществить полный гидролиз
целлюлозы:
— Эндо-1,4-β-глюконаза или целлюлаза (Н.Ф.3.2.1.4) беспорядочно гидролизует β- 1,4-
гликозидные связи. Она не расщепляет целлобиозу, но гидролизует целлодекстрины и
производные целлюлозы с высокой степенью замещения, т. к. специфичность этого
фермента не высока.
— Экзо-1,4-β-глюконаза или целлобиогидролаза (Н.Ф.3.2.1.91) действует на целлюлозу,
отщепляя целлобиозные звенья с нередуцирующего конца цепи. Этот фермент не
действует на замещенные производные целлюлозы, что указывает на более высокую
субстратную специфичность, чем у эндоглюконазы. Целлобиогидролаза гидролизует
целлодекстрины, но не действует на целлобиозу.
— β-Глюкозидаза (Н.Ф.3.2.1.21) расщепляет целлобиозу и целлоолигосахариды до
глюкозы. Фермент не действует на целлюлозу и высшие олигосахариды.
Целлюлазная система бактерий существенно проще, чем у грибов, т. к. бактерии образуют
только эндоглюконазу и β-глюкозидазу.
Все ферменты целлюлолитического комплекса достаточно хорошо изучены: практически
все они являются гликопротеидами, определены их молекулярные массы,
изоэлектрические точки, для многих показано наличие множественных форм.
Доказано, что различные ферменты, гидролизующие высокоупорядоченную целлюлозу,
действуют в синергизме (рис. 8.10).
Эндоглюконаза атакует аморфные участки целлюлозных фибрилл. В результате
образуются новые целлюлозные цепочки, на которые действует целлобиогидролаза,
отщепляя целлобиозные звенья с нередуцирующего конца. Синергизм между двумя этими
ферментами проявляется в том, что в результате действия эндоглюконазы появляется
новый субстрат (более короткие цепочки), на который действует уже целлобиогидролаза.
β-Глюкозидаза усиливает гидролиз, расщепляя целлобиозу — конечный продукт и
ингибитор этих ферментов.
49 Применение ферментов в пищевых технологиях: Мукомольное производство и хлебопечение
Качество хлеба определяется особенностями химического состава муки и активностью ее
ферментного комплекса. Значительное влияние оказывают также условия брожения и выпечки. Получить хлеб хорошего качества можно только в том случае, когда в процессе тестоведения гармонически сочетаются скорости микробиологических процессов и биохимических превращений. Ферментативный гидролиз высокомолекулярных компонентов сырья — белков и углеводов — в определенной степени способствует интенсификации этих превращений и, в конечном счете, положительно сказывается на качестве хлеба.
Если раньше в качестве источника ферментов использовали солод, то в последние годы все большие масштабы приобретает применение ферментных препаратов для регулирования биокаталитических процессов, протекающих при приготовлении теста и выпечки хлеба. Солод используется в основном для приготовления питательных сред (заварок) для жидких дрожжей, для активации прессованных дрожжей, а также при выпечке специальных сортов хлеба, например рижского.
Эффективность использования тех или иных ферментных препаратов в хлебопечении в значительной степени зависит от качества муки. Хлебопекарные свойства муки, в особенности качество клейковины и активность собственных ферментов, определяют требования к ферментным препаратам.
Основным препаратом, широко внедренным в хлебопекарную промышленность, является амилоризин П10Х. Препарат получают из поверхностной культуры осаждением этанолом. Он обладает амилолитической и протеолитической активностью. В соответствии с ГОСТом препарат должен удовлетворять следующим требованиям: амилолитическая способность — 2000 ед/г препарата; осахаривающая способность — 150 ед/г препарата; протеолитическая активность — 7 ед/г препарата. Кроме того, особо важное значение для хлебопекарной промышленности имеет степень обсемененности препарата спорами Вас. mesentericus (картофельная палочка) и Вас. subtilis (сенная палочка). Существенный признак поражения хлеба картофельной палочкой — тягучий мякиш и появление специфического неприятного запаха и вкуса. Поэтому на хлебозаводах при выработке хлеба с использованием препарата амилоризина П10Х каждую партию препарата проверяют на обсемененность спорами Вас. mesentericus (она не должна превышать величину 10 5 ). Одним из требований, обуславливающих стабильность ферментных препаратов, является их строгая стандартизация. За рубежом для этой цели используют различные наполнители — сахар, крахмал, декстрины и т. п. В нашей стране наряду с этими наполнителями применяют сернокислый аммоний, именно он включен в ГОСТ на амилоризин П10Х.
Получить хлеб с надлежащей пористостью, объемом и окраской корки можно только в
том случае, если на всех стадиях технологического процесса достаточно Сахаров,
обеспечивающих интенсивность газообразования. Несмотря на присутствие в муке собственных Сахаров, хлеб, полученный за счет сбраживания только собственных Сахаров муки, не будет отвечать требованиям стандарта. При газообразовании только за счет собственных Сахаров муки
максимум выделения диоксида углерода приходится на первые 1 — 2 часа брожения.
Между тем в процессе хлебопечения газообразование в тесте должно оставаться
достаточно высоким и на последней стадии (расстойка и первые 10 — 15 минут выпечки).
При наличии в муке активной β-Амилазы газообразование в процессе брожения теста идет
по возрастающей и максимум приходится на 4 часа брожения. В противном случае для
получения дополнительного количества сбраживаемых Сахаров и интенсификации
процесса брожения необходимо применение амилолитических ферментных препаратов.
Однако значение Сахаров, безусловно, не ограничивается только процессом брожения.
Огромную роль сахара играют в образовании красящих и ароматических веществ хлеба,
участвуя в реакции меланоидино-образования.
Исключительно важны для хлебопечения и те изменения, которые претерпевает при тестоведении и расстойке белковый комплекс муки. Именно белковый комплекс и его ферментативные изменения определяют собой физические свойства теста. От белкового
комплекса зависит как поведение теста при его замесе и расстойке (в частности,
формоудержание), так и качество готового хлеба, его объем, пористость, структура
мякиша.
Говоря о протеолитических ферментах, воздействующих на белковый комплекс муки,
необходимо еще раз отметить эндогенные протеазы зерна пшеницы, среди которых
наибольшее значение имеют нейтральные протеиназы, превосходящие по своей
активности кислые протеазы в несколько раз и способные в условиях теста эффективно
расщеплять белки клейковины.
50 Применение ферментов в пищевых технологиях: Производство крахмала и крахмалопродуктов
Современная крахмал о-паточная промышленность, используя в основном традиционные
источники сырья — картофель и кукурузу, — вырабатывает большой ассортимент продукции, включающий десятки наименований, которые используются в различных отраслях промышленности. В первую очередь это отрасли пищевой промышленности (кондитерская, хлебопекарная, молочная, консервная, пищеконцентратная и т.д.), а также другие отрасли (медицинская, текстильная, полиграфическая и др.).
Основными продуктами крахмало-паточного производства являются:
— сухой крахмал;
— модифицированные крахмалы: расщепленные крахмалы (окисленные и набухающие);
замещенные крахмалы (фосфатные, ацетилированные, сополимеры крахмала);
— декстрины;
— различные виды крахмальных паток: карамельная (38 — 44% РВ), карамельная
низкоосахаренная (30 — 34% РВ), глюкозная высокоосахаренная (44 — 60% РВ),
мальтозная (не менее 60% РВ);
— глюкоза (техническая, пищевая, кристаллическая);
— глюкозо-фруктозные сиропы.
В настоящее время в России ведется поиск новых источников крахмала и разработка новых технологических приемов с целью увеличения объема и расширения ассортимента вырабатываемых сахаристых крахмало-продуктов. Одним из т.аких перспективных видов
крахмалсодержащего сырья является зерновое сорго, которое может быть использовано
наряду с картофелем, кукурузой, рисом и пшеницей. Кроме того, ведется поиск и исследование новых амилолитических ферментных препаратов и способов ферментативного получения сахарных сиропов (гидролизатов) различного углеводного состава с учетом их целевого назначения.
Применение амилаз. Ферментные препараты амилаз нашли широкое применение в
технологиях получения различных паток и глюкозы.
Первой технологической операцией производства крахмальных гидролизатов является
гидролиз крахмала. Его проводят кислотным, кислотно-ферментативным или ферментативным способом. Во всех случаях процесс гидролиза включает стадии клейстеризации крахмала, разжижения крахмального клейстера и его осахаривания.
К и слот н ый ги д роли з в настоящее время осуществляется в основном, с применением соляной кислоты. При этом можно достичь различной степени гидролиза и получить гидролизаты с различной степенью осахаривания. Однако кислотный гидролиз крахмала, несмотря на дешевизну и быстроту процесса, имеет весьма существенные недостатки: получаемые гидролизаты имеют невысокое качество из-за присутствия в них продуктов деградации белков, а также минеральных примесей, которые образуются при нейтрализации кислоты после гидролиза.
К и слот н о -ф ермен т ат и вн ым мет од ом производят разжижение крахмала сначала кислотой, для этого суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой до рН 1,8- 2,5, нагревают до 140°С в течение 5 мин. Затем нейтрализуют раствором кальцинированной соды до рН 6,0 — 6,5 и охлаждают до 85°С, после чего добавляют ферментный препарат α-амилазы и ведут гидролиз в течение 30 мин.
С целью разжижения на этой стадии используют ферментный препарат амилосубтилин Г10Х. Этот препарат выпускается в виде порошка; содержит в основном α-амилазу и β-глюконазу. Оптимальные условия действия препарата: рН 6,2 — 6,8, температура — 85 — 87°С.
Осахаривание полученного гидролизата также проводят с использованием ферментов. Для
этой цели наиболее широко применяют порошкообразный ферментный препарат
глюкавомарин Г20Х.
Препарат содержит в основном глюкоамилазу. Оптимальные условия действия препарата
глюкоавомарина Г20Х: оптимум рН 4,0 — 5,5; оптимум температуры 56 — 58°С.
Фермен т ат и вн ый сп особ заключается в том, что 30 — 35%-ю крахмальную
суспензию прогревают до 55°С, доводят рН до 6,3 — 6,5, добавляют раствор ферментного
препарата амилосубтилина Г1 ОХ и раствор кальцинированной соды в качестве
стабилизатора. Процесс разжижения длится в течение 1 часа при температуре 85 — 90°С
при непрерывном перемешивании. Далее стадия декстринизации и осахаривания
проводится с использованием препаратов амилосубтилина ПОХ, амилоризина ПОХ и
П10Х. Этот процесс идет 2 — 3 ч при температуре от 53 до 85°С и рН 4,7 — 5,5.
Дальнейшее осахаривание ведут при 60°С и оптимальном рН, а продолжительность
осахаривания зависит от желаемого результата (требуемой степени осахаривания).
Инактивацию фермента и остановку процесса гидролиза производят нагреванием
продукта при 80°С в течение 20 мин.
Ферментный препарат амилоризин П10Х и ферментный препарат ами-лоризин ПОХ
имеют оптимальные условия действия: рН 4,8 — 5,3 и температуру 53 — 55°С.
Применение глюкозоизомеразы. Фермент глюкозоизомераза (Н.Ф. 5.3.1.18)
катализирует реакцию изомеризации глюкозы во фруктозу, то есть превращение альдозы
в кетоформу за счет внутримолекулярного процесса окисления одной части молекулы и
соответствующего восстановления другой части. Фермент обнаружен в растениях и
продуцируется различными микроорганизмами. В промышленности преимущественно
используются препараты глюкозоизомеразы, продуцируемые микроорганизмами, которые
относятся к роду Streptomyces, а также к родам Aerobacter и Lactobacillus.
На реакции ферментативной изомеризации основана технология получения глюкозно-
фруктозных сиропов из крахмала. Для получения глюкозно-фруктозных сиропов
используют гидролизаты кукурузного крахмала с высоким содержанием крахмала (96 —
98%), полученные с помощью ферментативного гидролиза. Процесс изомеризации под
действием иммобилизованного (закрепленного на носителе) ферментного препарата
глюкозоизомеразы длится в течение 20 — 24 часов (до содержания в гидролизате 42%
фруктозы и 52% глюкозы). В ходе процесса необходимо контролировать и поддерживать
оптимальные условия для работы фермента: температура 60°С, рН 7,0 — 8,5. Кроме того, для повышения активности фермента и его стабильности в субстрат добавляют ионы магния и кобальта (в виде растворимых солей), а также бисульфит для предупреждения развития микрофлоры. Ионы кальция ингибируют фермент.
Иммобилизованные препараты глюкозоизомеразы характеризуются двумя важными
показателями: п ери од п ол ужи з н и препарата, то есть время, за которое активность
фермента снижается наполовину (при оптимальных условиях проведения процесса), и
продуктивность, то есть количество килограммов глюкозы (на абсолютное СВ),
изомеризованное 1 кг или 1 л ферментного препарата при многократном использовании.
Для большинства препаратов период полужизни — 20 — 35 сут, продуктивность — до
2000 кг глюкозы на 1 кг фермента.
Полученные с помощью ферментативной изомеризации глюкозо-фруктозные сиропы
обладают более высокой степенью сладости, по своим свойствам они близки к
инвертному сахару, благодаря чему широко применяются при производстве детского и
диетического питания, хлебобулочных изделий, безалкогольных напитков, кондитерских
изделий, мороженого и т. д.
51. Применении ферментов в пищевых технологиях: кондитерское производство вопрос
Применение ферментных препаратов в кондитерском производстве обусловлено, с одной стороны, видом и свойствами сырья, с другой — технологической необходимостью и целесообразностью.
 Применение протеаз и амилаз. Комплексные ферментные препараты, содержащие активные протеазы и а-амилазу (например, амилоризин П10Х), применяют при производстве мучных кондитерских изделий с целью ускорения процесса брожения и корректировки физических свойств клейковины муки, изменения реологических свойств теста, ускорения его «созревания».При производстве мучных кондитерских изделий с использованием дрожжей, таких как галеты, крекеры, кексы, целесообразно применение комплексных препаратов с преобладанием протеолитического действия, но содержащих в своем составе и а-амилазу. Совокупное действие этих ферментов обеспечивают дрожжи сбраживаемыми сахарами и низкомолекулярными азотистыми веществами. Часть неиспользованных при бро-жении сахаров и азотистых веществ вступает в реакцию меланоидинооб-разования, благодаря чему галеты и крекеры приобретают интенсивную окраску и приятный аромат.При производстве затяжного печенья с использованием химических разрыхлителей, когда много усилий направляется на расслабление клейковины, на протяжении длительного технологического процесса наряду с механическим воздействием на белки клейковины целесообразно использование протеолитических ферментных препаратов; а-амилаза, присутствующая в качестве сопутствующего фермента как в грибных, так и бактериальных препаратах, не мешает их использованию.В случае применения бактериальных протеолитических препаратов (например, протосубгилина Г10Х), содержащих в качестве сопутствующего фермента а-амилазу, при производстве изделий подобных крекерам, галетам, печенью опасности излишней декстринизации не существует, т. к. фермент быстро инактивируется за счет того, что эти тонкие изделия быстро прогреваются до высокой температуры. При выработке кексов, а также бисквитного полуфабриката, выпекающихся в довольно толстом слое при невысокой температуре, в случае необходимости применения комплексных бактериальных препаратов следует осторожно подходить к их дозировке во избежание порчи мякиша. Необходимо также учитывать, что усиленное механическое воздействие на кондитерское тесто приводит к повышению атакуемости ферментами полимеров муки— крахмала, белков, других веществ, усиливая тем самым конечный эффект гидролиза.Для заварных и сырцовых пряников наибольшее значение имеет про-теолиз, но наряду с потребностью в регулируемом расслаблении теста важным является и сохранение свежести (мягкости) продукта. Очевидно, что при производстве таких видов изделий целесообразно применение комплексных ферментных препаратов с преобладанием протеоли-тической активности.При производстве бисквитного полуфабриката нужны комплексные ферментные препараты с умеренной активностью протеолитических ферментов и невысокой а-амилазной (дексгринирующей) способностью. При таком сочетании обеспечивается умеренное расслабление клейковины, способствующее лучшему подъему теста при выпечке и образованию тонкопористой воздушной структуры готовых изделий. Образование декстринов, в свою очередь, способствует сохранению их свежести.Комплексные ферментные препараты, содержащие протеазы и а-амилазу, используются для ускорения и облегчения обработки теста при приготовлении слоеного полуфабриката с целые улучшения его эластичных свойств и предупреждения усадки при выпечке. Кроме того, приме-нение таких ферментных препаратов при производстве вафель позволяет оптимально снизить вязкость вафельного теста, способствует получению тонких хрустящих вафельных листов.
 Применение инвертазы. Препараты инвертазы, как уже отмечалось, получают из дрожжей S. cerivisiae или S. carlsbergensis путем автолиза. Они представляют собой суспензию спиртоосажденной инвертазы в 25%-м, 50%-м растворе глицерина или 70%-м растворе сорбита. Оптимум pH действия препарата 4,5—5,5, что вполне приемлемо для его использования в различных технологиях производства сахаристых изделий.Инвертаза применяется в кондитерской промышленности для производства отливных помадных корпусов конфет, круглых помадных корпусов и жидких фруктовых начинок, таких как вишневый ликер. В каждом случае ее применение обусловлено необходимостью получить полумягкую или жидкую консистенцию при высоких концентрациях сахара (78%), предотвращающих брожение. Ускорение или замедление действия инвертазы достигается путем изменения концентрации вносимого препарата, количества воды и температурного режима. При высокой температуре инвертаза инактивируется, и даже при температуре отливки (65°С) активность инвертазы снижается на 12% в течение 30 мин и на 24% в течение 60 мин. Некоторые сорта конфет, например, конфеты с вишневым ликером, невозможно изготовить без инвертазы. В случае производства помадной массы из кокосовых орехов применение инвертазы обусловлено и повышенной влагоудерживающей способностью фруктозы, образующейся под действием этого фермента.
 Применение липазы. Молочные ингредиенты широко применяются при производстве кондитерских изделий, они в значительной мере обуславливают их аромат, вкус и питательную ценность. В усилении аромата молочного шоколада, карамели, ириса, сливочного крема наряду с другими компонентами принимают участие и свободные жирные кислоты, образующиеся под действием липаз. При низких уровнях свободных жирных кислот аромат изделий усиливается, но новые ароматы не образуются; при средних — появляется аромат масла; при высоких — аромат сыра. Подобные ароматические вещества могут быть получены путем модификации масел или жиров с применением препаратов липаз различного происхождения (животных, растительных, микробных)
52. Применение ферментов в пищевых технологиях: в производстве плодово-ягодных соков, безалкогольных напитков и вин
Применение ферментных препаратов при производстве плодово-ягодных соков, вин и безалкогольных напитков осуществляется с целью повышения выхода сока, осветления и стабилизации соков, безалкогольных напитков и вин, предотвращения окислительных процессов в соках и в изготовляемых из них продуктах, а также для инверсии сахарозы при производстве безалкогольных напитков и сиропов. При этом в одних случаях необходимо иметь набор ферментных препаратов, содержащих определенный комплекс ферментов, в других — требуются препараты индивидуальных ферментов. Кроме того, ферментные препараты должны удовлетворять требованиям, предъявляемым технологией получения конкретного продукта, не только по типу катализируемой реакции, но и в отношении условий их протекания.В соответствии со спецификой плодово-ягодного сырья и целями применения ферментные препараты можно разделить на шесть групп:1) препараты, предназначенные для получения неосветленных соков, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность;2) препараты, предназначенные для получения осветленных соков, увеличивающие выход, повышающие экстрактивность и обеспечивающие полный гидролиз пектиновых и белковых веществ;3) препараты, мацерирующие плодово-ягодную ткань, повышающие выход и гомогенность соков с мякотью;4) препараты, предназначенные для получения осветленных плодово-ягодных виноматериалов, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность виноматериалов;5) препараты, способствующие предотвращению окислительных процессов и развитию аэробных микроорганизмов в соках, винах, безалкогольных напитках;6) препараты, катализирующие инверсию сахарных сиропов при производстве безалкогольных напитков и товарных сиропов.
 Применение пектолитических ферментов. Основной биохимическийпроцесс, протекающий в плодово-ягодной мезге и соке при их обработке пектолитическими препаратами или при совместном применении термической и ферментативной обработки, — гидролиз пектиновых веществ. Но наряду с этим происходят превращения белков, целлюлозы, гемицеллюлозы и других компонентов сырья.Поэтому ферментные препараты, используемые для получения полностью осветленного сока из большинства плодов и ягод, должны содержать не только пектолитические ферменты, но и ферменты, гидролизующие другие коллоидные соединения, которые обуславливают опалесценцию соков и нестабильность изготовляемых из них вин и безалкогольных напитков.С целью максимального извлечения сока и облегчения его осветления при гидролизе пектиновых веществ ягод и плодов необходимо учитывать свойства пектолитических ферментов самого сырья и вносимых препаратов. В зависимости от технологических требований и химического состава сырья следует применять препараты с определенным комплексом ферментов; имеется в виду как спектр ферментов (пектинэстераза, эндо-, экзополигалактуроназа и др., а также сопутствующие ферменты), так и их соотношение. Кроме того, необходимо путем подбора режима обработки сырья создать оптимальные условия для действия фермВ настоящее время в мире производится достаточно широкий спектр пектолитических ферментных препаратов. Среди промышленных продуцентов пектолитических ферментов следует отметить A. niger, A. wenti, A. oryzae, A. foetidus, P. expansum, P. italicum, Rhizopus spp.
 Применение протеолитических ферментов. Некоторые плодово-ягодные соки и вина трудно осветляются и часто мутнеют при хранении из-за наличия в них белковых соединений. Уешанение белкового помутнения может быть осуществлено посредством применения термической обработки и различных адсорбентов с последующей фильтрацией. Все эти методы обедняют химический состав продукта, ухудшают его качество, причем не всегда достигается положительный результат. Для многих видов сырья огромную роль в процессе осветления соков играют протеиназы, в связи с чем наличие кислых протеиназ наряду с ферментами пекто-литического комплекса обязательно.
 Применение мацерирующих ферментов. При производстве плодово-ягодных соков с мякотью размельчение плодовой ткани осуществляется механическим путем. Большинство видов сырья перед механическим измельчением подвергается термической обработке. Термическая обработка способствует кислотному гидролизу протопектина, в результате чего плодовая ткань размягчается и легче поддается механическому измельчению. Очевидно, что жесткие режимы обработки сырья ухудшают органолептические свойства и пищевую ценность продукта. Поэтому соки с мякотью часто содержат недостаточно тонко измельченную мякоть, негомогенную и расслаивающуюся при хранении. С позиции устранения указанных выше недостатков и получения гомогенных соков с мякотью, не подвергающихся расслаиванию, целесообразным является применение мацерирующих ферментных препаратов, расщепляющих протопектин, но не снижающих вязкость сока.Пектолитические ферментные препараты, применяемые для увеличения выхода и осветления соков, непригодны для производства соков с мякотью, т. к. основным ферментом в них является эндополигалактуроназа, резко снижающая вязкость сока. Гемицеллюлаза и цел-люлаза способствуют получению однородной консистенции соков с мякотью
Применение глюкозооксидазы и каталазы. Ферментный препарат глю-козооксидаза (в котором в качестве обязательного компонента присутствует каталаза) применяется с целью улучшения качества и стабилиза-ции плодово-ягодных соков, вин и безалкогольных напитков за счет удаления кислорода в результате реакции окисления глюкозы (см. также разд. 8.2). Таким образом, этот препарат способствует предотвращению окислительных процессов и микробиологической порчи под действием аэробных микроорганизмов.Препарат обладает строгой специфичностью по отношению к глюкозе, его вносят после завершения технологических процессов с целью стабилизации свойств продукта, полученного в процессе производства. Желательно, чтобы препараты были термостабильны и не инактивировались при температуре 65—70°С в течение 10—15 мин. Такие препараты можно было бы применять комплексно с легкими режимами пастеризации.Ферментные препараты, применяемые в плодово-ягодном виноделии, должны сохранять активность в условиях определенного содержания алкоголя (до 10—12%) и эффективно действовать при значениях pH, обусловленных химическим составом виноматериалов.
Применение инвертазы. Препараты, катализирующие гидролиз сахарозы при приготовлении сахарных сиропов, используемых при производстве безалкогольных напитков, должны содержать фермент инверта-зу (В-фруктофуранозидазу), не должны иметь специфического запаха, темного цвета, окислительных или других ферментов, способных изменять цвет, аромат и вкус продукта.Необходимо, чтобы препараты катализировали процесс инверсии сахарозы в довольно широком диапозоне pH (для чистого сахарного сиропа pH 6,0—6,5; для сахарного сиропа, изготовленного на фруктовых соках, pH 2,5—4,5). Кроме того, необходимо учитывать специфику биохи мического состава сырья и особенности технологического процесса производства соков и виноматериалов.Ферментные препараты, применяемые при переработке плодово-ягодного сырья, могут оказывать влияние па цвет изготовляемого продукта. В связи с этим плодово-ягодное сырье следует разделить на две группы: слабоокрашенное — яблоки, айва, белые сорта слив и винограда и др.; окрашенные в красный цвет, т. е. содержащие вещества группы ан-тоцианов — кизил, черника, ежевика, малина, земляника, красные сорта винограда и слив и т.п.При производстве продуктов, относящихся к первой группе, — сла-боокрашенных — следует применять ферментные препараты, не содержащие окислительных ферментов, вызывающих потемнение продукта, а в ряде случаев — снижение органолептических свойств и пищевой ценности, таких как полифенолоксидаза, пероксидаза, каталаза, аскорбаток-сидаза. При переработке сырья второй группы — окрашенных в красный цвет — недопустимо применение препаратов, содержащих ферменты, разрушающие антоцианы.Препараты, предназначенные для переработки шиповника, черной смородины, ценность которых в значительной степени обуславливается наличием в плодах аскорбиновой кислоты, не должны содержать фермента аскорбатоксидазы, т. к. окисление аскорбиновой кислоты под действием этого фермента снижает ценность получаемого продукта.
53. Применение ферментов в пищевых технологиях: производство спиртных напитков и пивоварении
 Производство спиртных напитков. Производство спиртных напитков из крахмалсодержащсго сырья практикуется почти во всех странах мира. Основными видами сырья являются картофель и рожь в Европе, картофель и пшеница в России, кукуруза и рожь в США, рис и бататы на Востоке, тапиока в тропических странах.Крахмал, как основной компонент сухих веществ сырья, из которого и образуется спирт, непосредственно дрожжами не сбраживается. Поэтому его необходимо гидролизовать до сбраживаемых сахаров, для этого требуется применение ферментов.Применяемый издавна зерновой солод, как источник амилолитических ферментов, обеспечивает достаточно глубокое осахаривание и вы-браживание только за трое суток. Необходимо отметить, что зерновой солод не только выполняет задачу гидролиза крахмала до сбраживаемых сахаров, но и является источником легкоусвояемого азотистого питания для дрожжей, т. к. в процессе солодоращения, под действием протеиназ, в нем накапливается значительное количество аминокислот (до 32% от общего азота). Активность протеиназ в процессе солодоращения возрастает примерно в 40 раз. Зерновой солод обладает и цитолитической активностью, обеспечивая определенную степень гидролиза клеточных стенок растительного сырья и тем самым улучшая контакт крахмала с ами-лолитическими ферментамиТаким образом, применяемый в спиртовом производстве зерновой солод выполняет три основные функции: осуществляет гидролиз крахмала до сбраживаемых сахаров; является источником азотистого питания для дрожжей и при осахаривании крахмалистого сырья производит частичное разрушение клеточных стенок сырья.Однако скорость осахаривания крахмала при использовании солода остается достаточно низкой, что затрудняет интенсификацию процесса брожения. Применение ферментных препаратов микробного происхождения дает возможность значительно повысить концентрацию необходимых ферментов в среде и обеспечить глубокий гидролиз крахмала за сравнительно короткий период.Кроме стадии осахаривания ферментные препараты, обладающие сильной разжижающей активностью (а-амилаза), применяются на стадии водно-тепловой обработки сырья с целью смягчить режим разваривания, снизить вязкость замесов и облегчить их дальнейшую транспортировку.Применяя ферментные препараты на стадии приготовления сусла для дрожжегенерации, необходимо обеспечить интенсивный гидролиз белков с целью обогащения ценным азотистым питанием дрожжевого сусла.Таким образом, для спиртового производства, перерабатывающего крахмалсодержащее сырье, необходимо применение ферментных пре паратов с амилолитическим, протеолитическим и цитолитическим действием. При замене солода культурами микроорганизмов или препаратами ферментов необходимо, чтобы полученный спирт обладал высокими дегустационными качествами и не содержал вредных примесей.
 Пивоварение. При производстве пива по обычной технологической схеме необходимые ферментные системы для подготовки зернового сырья и перевода экстрактивных веществ в растворимое состояние на стадии затирания образуются в процессе солодоращения.Основными ферментами, образующимися в процессе солодоращения и имеющими наиболее существенное значение в технологии пивоварения, являются: амилолитические ферменты, разжижающие и осахаривающие крахмал; протеолитические ферменты, расщепляющие белки ячменя до пептидов различной молекулярной массы и свободных аминокислот; ци-толитические ферменты, гидролизующие некрахмальные полисахариды, растворяющие клеточные стенки эндосперма зерна, благодаря чему облегчается доступ амилаз и протеаз к соответствующим субстратам.Каждый из перечисленных процессов должен пройти с определенной глубиной, чтобы обеспечить нормальное протекание фильтрации затора, брожения сусла, осветление и фильтрацию пива, а также создание определенных физико-химических свойств (ценообразование, прозрачность, стойкость при хранении) и вкусовых качеств готового продукта.Применение ферментных препаратов микробного происхождения (амилоризин ПХ, П10Х, амилосубтилин Г10Х, Г20Х, протосубтилин Г10Х, цитороземин ПХ) с целью замены солода несоложенным ячменем позволяет интенсифицировать процесс, избежать потерь ценных компонентов сырья на дыхание и образование проростка, в целом повысить рентабельность пивоваренного производства. Кроме отечественных препаратов, в настоящее время широко используются ферментные препараты различных зарубежных фирм. Предназначенные для замены ферментов солода ферментные препараты микробного происхождения должны по характеру своего действия соответствовать фепментам солода и значительно превосходить их по активности.
Ферменты, используемые для борьбы с холодной мутью. К образованию холодной мути в бутылочном пиве приводит рост микрорганизмов; такое биологическое помутнение предотвращается пастеризацией пива или сте-рильной фильтрацией при заполнении бутылок в асептических условиях. Небиологическое помутнение пива может происходить при его продолжительном хранении; этот процесс ускоряется при действии света, тепла, кислорода, в присутствии следов железа или меди, а также при одновременном воздействии этих факторов. Состав мути зависит от преобладающего действия того или иного из этих факторов. Основными составляющими холодной мути являются: белки — 40—76%; танин — 17—55%; углеводы — 3—13%.Холодная муть состоит из очень тонкого осадка, который образуется при выдержке пива при температурах ниже 10°С. Для борьбы с холодной мутью могут быть использованы растительные ферменты — папаин, фицин, бро-мелаин, а также грибные (продуцируемая микроскопическими грибами рода Aspergillus, Penicillium, Mucor, Amylomyces) и бактериальные (продуцируемая В. subtills) протеазы. Но наиболее широко для этой цели применяется лишь папаин или комплексные препараты, включающие папаин и другие протеазы, что объясняется относительно высокой термостабильностью препаратов папаина, сохраняющих свою активность после пастеризации.
54. ФЕРМЕНТАТИВНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Ферментативный анализ представляет собой один из основных аналитических инструментов в международной и отечественной практике научных исследований, современного производственного и сертификационного контроля качества продуктов питания, пищевого сырья и биологических материалов. Ферментативный анализ является составной частью энзимологии и аналитической химии и служит для специфического определения веществ с помощью высокоочищенных препаратов ферментов. В основе ферментативного анализа лежат природные биохимические процессы обмена веществ, которые воспроизводятся in vitro: реакция фермента с субстратом, причем в качестве субстрата выступает анализируемое вещество пробы. Основными преимуществами применения ферментативных методов в научных исследованиях, при разработке новых пищевых технологий и биотехнологических процессов, а также при анализе качества, идентификации и установления фальсификации продуктов питания и пищевого сырья являются: 1. Высокая специфичность и достоверность результатов. Высокоспецифичные ферментативные методы анализа дают, как правило, более достоверные результаты, чем неспецифические химические методы. Специфичность действия ферментов, основанная на комплементарное™ пространственной конфигурации активного центра и субстрата является гарантом достоверности и надежности ферментативного метода при исследовании отдельных соединений в многокомпонентных смесях, имеющих сложный состав и строение, таких, какими и являются пищевые продукты. При разработке ферментативных методов и подборе реагентов, в первую очередь, выбирают ферменты с наибольшей специфичностью действия, для которых подбираются оптимальные условия проведения анализа. Кроме того, при разработке методов ферментативного анализа отдельных компонентов продуктов питания обычно используют несколько ферментов, которые последовательно функционируют в данной системе. 2. Простые способы подготовки проб, которые исключают потерю исследуемых компонентов. Основная задача, которую необходимо выполнить при подготовке пробы, — по возможности наиболее полно сохранить для анализа исследуемый компонент без его количественной потери или изменения структуры. В некоторых случаях возможен прямой анализ пробы без ее предварительной подготовки (например, при абсолютной специфичности фермента к исследуемому веществу и отсутствии в пробе каких-либо мешающих факторов). Обычно же для ферментативного анализа используются простые и хорошо известные способы подготовки проб, такие как: разбавление, фильтрация (центрифугирование), нейтрализация(подкисление), экстракция, обезжиривание, осветление, обесцвечивание. Только в определенных случаях применяют специальные способы подготовки проб, например, при определении водонерастворимых соединений (холестерин, лецитин, крахмал), нестабильной L-аскорбиновой кислоты в твердых материалах и др. 3. Простая и быстрая процедура измерений, которая исключает использование дорогостоящего оборудования. В большинстве ферментативных определений используют фотометрические способы измерения результатов. Для этого все компоненты искусственной тестовой системы, например, буфер, коферменты, активаторы, вспомогательные ферменты и пробу смешивают в фотометрической кювете. После измерения начальной оптической плотности добавляют стартовый фермент, который инициирует реакцию. В конце реакции (через определенный промежуток времени) повторно измеряют оптическую плотность тестовой системы. Из разницы оптических плотностей в начале и в конце реакции по уравнению закона Ламберта — Бера рассчитывают концентрацию С (г/л) искомого соединения. 
C = 
[(E 2 - E 1) опыт - (E 2 - E 1)контроль]∙V∙M∙F 
?∙d∙v∙10000
где (E 2 - E 1) опыт — разница конечной и начальной оптической плотности в кювете с пробой; (E 2 - E 1) контроль— разница конечной и начальной оптической плотности в кювете без пробы; V — общий объем реакционной смеси, мл; М — молярная масса искомого соединения, г/моль; F — фактор разведения пробы; ? — молярный коэффициент экстинкции (например, кофермента НАДФ/НАД при ? = 340 нм, ? = 6,3 л/ммоль ∙ см); d — толщина кюветы, см; v — объем пробы, добавляемый в кювету, мл. В большинстве ферментативных методов прямому фотометрическому контролю доступно измерение таких вспомогательных компонентов тестовой системы, как коферментов НАД+/ПАДН или НАДФ+/НАДФН. Количество восстановленных или окисленных коферментов прямопропорционально количеству искомого соединения. Система конечных значений с фотометрическим измерением результата настолько надежна, что служит в качестве стандарта для оценки других методик. Для проведения ферментативного анализа используется стандартное оборудование, которое имеется практически в любой производственной лаборатории: спектрофотометры или фотометры с интервалом измерений от 325 до 800 нм; кюветы для фотометрических измерений, мерные пипетки и дозаторы, весы, центрифуга, рН-метр, водяной термостат, фильтры и т. п. 
4. Высокая чувствительность метода и хорошая воспроизводимость результатов. Высокая чувствительность позволяет использовать ферментативные методы для определения следовых количеств веществ. Например, в продуктах питания могут быть определены следующие концентрации компонентов (г/л): этанол — 0,001; ацетоальдегид — 0,001; лимонная кислота — 0,002; глицерин — 0,001; D-глюкоза — 0,002; D-сорбит — 0,001; лактоза — 0,005; нитраты — 0,001. Кроме вышеперечисленных достоинств ферментативных методов анализа можно назвать и универсальность применения, высокую надежность и устойчивость к мешающим факторам, низкие затраты на проведение анализа (время, оборудование, расходуемые материалы), а также использование безопасных реактивов. Области применения ферментативного анализа на практике многообразны. Это и производственный контроль, и контроль качества готовой продукции, а также контроль сырья, анализ состава пищевого продукта с целью установления их свойств и соответствия законодательным нормам, оценка гигиенического статуса, идентификация и установление фальсификации. По словам одного из основоположников ферментативного анализа Г. Бергмана: " Ферментативный анализ, как принцип, свободен от
недостатков и ошибок, т. к. он представляет систему для измерений, которую успешно использует живая клетка уже в течение миллионов лет". 
55. Общие сведения о пищевых добавках
Пищевые добавки — природные, идентичные природным или искусственные (синтетические) вещества, сами по себе не употребляемые как пищевой продукт или обычный компонент пищи. Они преднамеренно добавляются в пищевые системы по технологическим соображениям на различных этапах производства, хранения, транспортировки готовых продуктов с целью улучшения или облегчения производственного процесса или отдельных его операций, увеличения стойкости продукта к различным видам порчи, сохранения структуры и внешнего вида продукта или намеренного изменения органолептических свойств.
Обычно пищевые добавки разделяют на несколько групп:
— вещества, улучшающие внешний вид пищевых продуктов (красители, стабилизаторы окраски, отбеливатели);
— вещества, регулирующие вкус продукта (ароматизаторы, вкусовые добавки, подслащивающие вещества, кислоты и регуляторы кислотности);
— вещества, регулирующие консистенцию и формирующие текстуру (загустители, гелеобразователи, стабилизаторы, эмульгаторы и др.);
— вещества, повышающие сохранность продуктов питания и увеличивающие сроки хранения (консерванты, антиоксиданты и др.).
К пищевым добавкам не относят соединения, повышающие пищевую ценность продуктов питания и причисляемые к группе биологически активных веществ, такие как витамины, микроэлементы, аминокислоты и др.
56. Общие подходы к подбору технологических добавок
Эффективность применения пищевых добавок, особенно проявляющих технологические функции, требует создания технологии их подбора и внесения с учетом особенностей химического строения, функциональных свойств и характера действия пищевых добавок, вида продукта, особенностей сырья, состава пищевой системы, технологии получения готового продукта, типа оборудования, а иногда — специфики упаковки и хранения.
128524074930
57. Безопасность пищевых добавок
Пищевые добавки, спектр применения которых непрерывно расширяется, выполняют разнообразные функции в пищевых технологиях и продуктах питания. Использование добавок возможно только после проверки их безопасности. Внесение пищевых добавок не должно увеличивать степень риска, возможного неблагоприятного действия продукта на здоровье потребителя, а также снижать его пищевую ценность (за исключением некоторых продуктов специального и диетического назначения).
Важнейшим условием обеспечения безопасности пищевых продуктов является соблюдение допустимой нормы суточного потребления пищевых добавок (ДСП). Растет число комбинированных пищевых добавок, пищевых улучшителей, содержащих пищевые, биологически активные добавки (БАД) и другие компоненты. Постепенно создатели пищевых добавок становятся и разработчиками технологии их внедрения.
58. Вещества улучшающие внешний вид пищевых продуктов. Цветокорректирующие материалы
Основной группой веществ, определяющих внешний вид продуктов питания, являются пищевые красители. Для окраски пищевых продуктов используют натуральные (природные) или синтетические (органические и неорганические) красители.
Натуральные красители обычно выделяют из природных источников в виде смеси различных по своей химической природе соединений, состав которой зависит от источника и технологии получения, в связи с чем обеспечить его постоянство часто бывает трудно. Среди натуральных красителей необходимо отметить каротиноиды, антоцианы, флавоноиды, хлорофиллы. Каротиноиды — углеводороды изопреноидного ряда С40Н56 (каротины) и их кислородсодержащие производные. Каротиноиды — растительные красно-желтые пигменты, обеспечивающие окраску ряда овощей, фруктов, жиров, яичного желтка и других продуктов. Хлорофиллы (магнийзамещенные производные порфирина) — природные пигменты, придающие зеленую окраску многим овощам и плодам (салат, зеленый лук, зеленый перец, укроп и т. д.). Хлорофилл состоит из сине-зеленого "хлорофилла а" и желто-зеленого "хлорофилла Ь", находящихся в соотношении 3:1. Для извлечения хлорофилла используют петролейный эфир со спиртом. Антоциановые красители. Важной группой водорастворимых природных красителей являются антоцианы (E163i). Это фенольные соединения, являющиеся моно- и дигликозидами. Представителями этой группы красителей являются собственно антоцианы, энокраситель и экстракт из черной смородины.
Синтетические красители обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с большинством натуральных красителей. Они дают яркие, легко воспроизводимые цвета и менее чувствительны к различным видам воздействия, которым подвергается материал в ходе технологического потока. Индигокармин (индиготин) — динатриевая соль индигодилсульфокис-лоты. При растворении в воде дает растворы интенсивно синего цвета. Применяется в кондитерской промышленности, в технологии напитков. Тартразин хорошо растворим в воде, его растворы окрашены в оранжевато-желтый цвет. Используется в кондитерской промышленности, при производстве напитков, мороженого.
Цветокорректирующие материалы . В пищевой промышленности применяются соединения, изменяющие окраску продукта в результате взаимодействия с компонентами сырья и готовых продуктов. Среди них отбеливающие вещества — добавки, предотвращающие разрушение одних природных пигментов и разрушающие другие пигменты или окрашенные соединения, образующиеся при получении пищевых продуктов и являющиеся нежелательными. Иногда эти цветокорректирующие материалы оказывают и другое, сопутствующее (например, консервирующее) действие. Мы остановимся на диоксиде серы, нитратах, нитритах и бромате калия. Диоксид серы — SO2 (E220), растворы H2SO3 и ее солей — NaHSO3, Ca(HSO3)2, Na2SO3 (E221, Е222, Е223) и другие оказывают отбеливающее и консервирующее действие, тормозят ферментативное потемнение свежих овощей, картофеля, фруктов, а также замедляют образование меланоидинов. Нитрат натрия (Е251) и нитриты калия и натрия (Е249 и Е250) применяют при обработке (посоле) мяса и мясных продуктов для сохранения красного цвета. Бромат калия — КВrО3 (Е924а) ранее применялся в качестве окисляющего отбеливателя муки; его использование частично разрушает витамин В1 никотинамид (витамин РР) и метионин.
59. ВЕЩЕСТВА, ИЗМЕНЯЮЩИЕ СТРУКТУРУ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. Эмульгаторы
К этой группе пищевых добавок мот быть отнесен и вещества, используемые для создания необходимых или изменения существующих реологических свойств пищевых продуктов, т. е. добавки, регулирующие или формирующие их консистенцию. К ним принадлежат добавки различных функциональных классов — загустители, гелеобразователи, стабилизаторы физического состояния пищевых продуктов, поверхностно-активные вещества (ПАВ), в частности, эмульгаторы и пенообразователи.
Химическая природа пищевых добавок, отнесенных к этой группе, достаточно разнообразна. Среди них имеются продукты природного происхождения и получаемые искусственным путем, в том числе химическим синтезом. В пищевой технологии они используются в виде индивидуальных соединений или смесей. В последние годы в группе пищевых добавок, рейдирующих консистенцию продукта, большое внимание стало уделяться стабилизационным системам, включающим несколько компонентов: эмульгатор, стабилизатор, загуститель.
Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов К ним относятся вещества, меняющие свойства пищевых продуктов: загустители, желеобразователи, студнеобразователи, пищевые поверхностно-активные вещества, стабилизаторы, разрыхлители. Загустители, желеобразователи и студнеобразователи используются в пищевой промышленности для получения коллоидных растворов повышенной вязкости (загустители), студней монокомпонентных текущих систем, состоящих из высоко молекулярного компонента и низкомолекулярного растворителя (студнеобразователя), гелей структурированных коллоидных систем. Применяются природные пищевые добавки – желатин, пектин, альгинат натрия, агароиды, крахмал, а также вещества, полученные искусственным путем из природных компонентов – метилцеллюлоза, амилопектин, модифицированные крахмалы. Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов. К этой группе пищевых добавок относятся вещества, изменяющие реологические свойства продуктов (консистенцию): загустители, желе- и студнеобразователи, пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ), стабилизаторы физического состояния пищевых продуктов, разрыхлители. Химическая природа их весьма разнообразна. Среди них имеются соединения как природного происхождения, так и синтетические.
Их качественный состав, соотношение компонентов могут быть весьма разнообразными, что зависит от характера пищевого продукта, его консистенции, технологии получения, условий хранения, способа реализации. Применение в современной пищевой технологии таких добавок позволяет создать ассортимент продуктов эмульсионной и гелевой природы (маргарины, майонезы, соусы, пастила, зефир, мармелад и др.), структурированных и текстурированных.Стабилизационные системы широко применяются в общественном и домашнем питании, кулинарии. Они используются при производстве супов (сухие, консервированные, замороженные), соусов (майонезы, томатные соусы), бульонных продуктов, продуктов для консервированных блюд.Пищевые эмульгаторы, являющиеся темой данной статьи, включают в себя как природные, так и синтетические вещества. В пищевой промышленности используются и натуральные и синтетические эмульгаторы.
Натуральные эмульгаторы безвредны. Разрешенные к использованию в пищевой промышленности синтетические эмульгаторы считаются безвредными, тем не менее, для многих из них установлена максимальная суточная норма потребления, превышать которую не рекомендуется. Кроме того, на российском рынке присутствуют пищевые продукты, включающие в себя синтетические эмульгаторы, запрещенные во многих странах в силу высокой токсичности.
Пищевые эмульгаторы
Назначение пищевых эмульгаторов.Обозначение эмульгаторов.Натуральные эмульгаторы.Синтетические эмульгаторы.Назначение пищевых эмульгаторов:
Эмульгаторы создают и поддерживают однородную смесь из тех продуктов, которые не смешиваются в природе. Пищевые эмульгаторы используются для создания однородной смеси воды и жира или для добавления в пищевой продукт воздуха и образования стабильной пены.
Применяются эмульгаторы, например, в маргарине, майонезе, сливочном масле, различных десертах и соусах. В сухих продуктах (например, в сухом молоке, сливках, супах) эмульгаторы применяются для облегчения разведения этих продуктов в воде. Применение пищевых эмульгаторов в хлебе и выпечке увеличивает объем пищевых изделий и замедляет черствение.
Обозначение эмульгаторов:
Эмульгаторы обозначаются литерами Е 322 - Е 442, Е 470 - Е 495.
Натуральные эмульгаторы:
В качестве натуральных пищевых эмульгаторов используются:
Жидкое яйцо (белок и желток).
Природный лецитин (гидроколлоид) - необходимое для жизнедеятельности человека вещество, вырабатываемое в печени. Добывается из соевых бобов, кукурузы, пшеницы, гороха и чечевицы. Содержится также в некоторых растительных маслах (в льняном, подсолнечном, рапсовом).
Другие гидроколлоиды растительного и животного происхождения (агар, пектин, желатин, хитозан, ланолин, холестерин).
Сапонины - вещества растительного происхождения. Не токсичны, так как в кишечнике не всасываются или расщепляются на безвредные составляющие.
Из всех вышеперечисленных натуральных эмульгаторов современная пищевая промышленность использует только лецитин, производимый, в основном, из соевых бобов).
Синтетические эмульгаторы:
Среди синтетических эмульгаторов встречаются опасные и вредные для здоровья вещества. Многие из них запрещены для использования в продуктах питания. К сожалению, это не означает, что вредные эмульгаторы действительно не встречаются в пищевых продуктах, попадающих на полки магазинов.
По некоторым сведениям, эмульгатор Е 330 (лимонная кислота), может вызывать рак. По другим сведениям, лимонная кислота безвредна и единственной опасностью при ее употреблении может стать индивидуальная непереносимость. Также стоит обратить внимание на пищевые эмульгаторы Е 338 - 341 - они могут вызвать расстройство желудка. Эмульгатор Е 477 считается подозрительным.
60. ВЕЩЕСТВА, ИЗМЕНЯЮЩИЕ СТРУКТУРУ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. Ароматизаторы
К этой группе пищевых добавок мот быть отнесен и вещества, используемые для создания необходимых или изменения существующих реологических свойств пищевых продуктов, т. е. добавки, регулирующие или формирующие их консистенцию. К ним принадлежат добавки различных функциональных классов — загустители, гелеобразователи, стабилизаторы физического состояния пищевых продуктов, поверхностно-активные вещества (ПАВ), в частности, эмульгаторы и пенообразователи. Химическая природа пищевых добавок, отнесенных к этой группе, достаточно разнообразна. Среди них имеются продукты природного происхождения и получаемые искусственным путем, в том числе химическим синтезом. В пищевой технологии они используются в виде индивидуальных соединений или смесей. В последние годы в группе пищевых добавок, рейдирующих консистенцию продукта, большое внимание стало уделяться стабилизационным системам, включающим несколько компонентов: эмульгатор, стабилизатор, загуститель. Их качественный состав, соотношение компонентов могут быть весьма разнообразными, что зависит от характера пищевого продукта, его консистенции, технологии получения, условий хранения, способа реализации.Применение в современной пищевой технологии таких добавок позволяет создать ассортимент продуктов эмульсионной и гелевой природы (маргарины, майонезы, соусы, пастила, зефир, мармелад и др.), структурированных и текстурированных.Стабилизационные системы широко применяются в общественном и домашнем питании, кулинарии. Они используются при производстве супов (сухие, консервированные, замороженные), соусов (майонезы, томатные соусы), бульонных продуктов, продуктов для консервированных блюд.
Вкус и аромат продуктов питания определяются многими факторами. К числу основных относятся следующие.
1. Состав сырья, наличие в нем определенных вкусоароматичсских компонентов.
2. Вкусовые вещества, специально вносимые в пищевые системы в холе технологического потока. Среди них: подслащивающие вещества, эфирные масла, душистые вещества, ароматизаторы, пряности, поваренная соль, пищевые кислоты и подщелачивающие соединения, усилители вкуса и аромат («оживители вкуса»).
3. Вещества, влияющие, а иногда и определяющие вкус и аромат готовых изделий и возникающие в результате разнообразных химических, биохимических и микробиологических процессов, протекающих при получении пищевых продуктов иод влиянием различных факторов.
4. Добавки, специально вносимые в готовые изделия (соль, подсластители, специи, соусы и т. д.). В соответствии с подразделением на основные функциональные классы к пищевым добавкам по строгому определению относятся только некоторые из перечисленных групп вносимых веществ: подсластители, ароматизаторы, усилители вкуса и аромата, кислоты. Однако на практике все перечисленные специально вносимые вещества относят к группе добавок, определяющих вкус и аромат пищевых продуктов, поэтому мы подробно остановимся в этом разделе на главных представителях.
Пищевые ароматизаторы являются очень популярными видами пищевых добавок и применяются, в основном, в ресторанах быстрой еды, в производстве мясных продуктов, колбасных изделий, десертов, супах быстрого приготовления и других полуфабрикатах. Статус ароматизатора: 
Натуральный – в состав входят только натуральные компоненты.
Идентичный натуральному – в состав входят натуральные и ненатуральные компоненты.
Искусственный – то есть полученный путем химического синтеза.
61. Пищевые добавки, усиливающие  и модифицирующие вкус и запах 
Пищевые добавки, усиливающие  и модифицирующие вкус и запах  продуктов питания —включают  соединения, усиливающие и модифицирующие вкус пищевых продуктов, и вещества, усиливающие запах природных  продуктов. В РФ разрешено применение 22 таких соединений, их иногда называют "оживители вкуса":
Глутаминовая кислота (Ц+)-)   Е620, Глутамат натрия 1 -замещенный Е621, Глутамат калия 1 -замещенный Е622, Глутамат кальция  Е623, Глутамат аммония 1 -замещенный. Е624 и т.д.
К этой группе относится сравнительно небольшое количество соединений, принадлежащих  к нескольким основным группам: производные  глутаминовой, гуаниловой, инозиновой кислот, рибонуклеотиды и производные мальтола. Их внесение в продукты питания (на стадии технологического процесса или непосредственно в пищу перед ее употреблением) восстанавливает природные вкусовые свойства продуктов, которые могли быть частично утрачены при их промышленном приготовлении или в ходе кулинарной обработки. Эти добавки как бы "оживляют", "освежают" вкус, придают новые ощущения при употреблении продуктов с их использованием. Отдельные из них, возможно, оказывают консервирующее действие.
1: Глутаминовая кислота Е620 и ее соли (однозамещенный глутамат натрия Е621; однозамещенный глутамат калия Е622; глутамат кальция Е623; однозамещенный глутамат аммония Е624; глутамат магния Е625), оказывая стимулирующее влияние на окончания вкусовых нервов, усиливают вкусовые ощущения, появляется "чувство удовлетворенности". Оно получило название "глутаминовый эффект". Стимулирующее действие глутаминовой кислоты и ее солей носит избирательный характер: в наибольшей степени  усиливается горький и соленый вкус, в наименьшей — сладкий.
"Глутаминовый эффект" проявляется в свежесобранных  фруктах и овощах, свежем мясе  и некоторых других продуктах,  т. к. присутствие в них даже  небольших количеств глутаминовой  кислоты и ее солей влияет на особенности их вкуса и аромата. Снижение содержания глутаминовой кислоты и ее производных при хранении свежих продуктов, их переработке (в том числе кулинарной) сказывается на вкусе и аромате этих продуктов. Дополнительное внесение глутаминовой кислоты, и особенно ее натриевой соли, частично восстанавливает этот вкус. Оптимальное влияние глутаминовой кислоты и ее солей проявляется в слабокислой среде (рН 4—6,5), при дальнейшем снижении рН среды "глутаминовый эффект" пропадает. Производные глутаминовой кислоты оказывают стабилизирующее действие, замедляя окисление жиров в продуктах животноводства, маргариновой продукции.
Глутаминовую кислоту  и ее соли добавляют в концентраты  и консервы, кулинарные изделия, готовые  блюда. Применение глутаминовой кислоты  оказывает положительный эффект в клинической практике при лечении атеросклероза сосудов головного мозга. В продуктах детского питания ее применение недопустимо.
2; E636 — Мальтол (Е636)Название: E636 — Мальтол (Е636)
Мальтол (Е-636)- пищевая  добавка, усиливающая и модифицирующая вкус и аромат пищевого продукта.
Мальтол (E-636) принадлежит к группе ароматизаторы и вкусоароматические добавки.
Добавка мальтол представляет собой  кристаллический порошок от белого до грязно-белого цвета с характерным  фруктово-карамельным запахом.
Мальтол (Е-636)- ценный пищевой ароматизатор, относящийся к группе природных  пиронов(g-Пирон),
растворимый в горячей воде, хлороформе и других полярных растворителях.
Наименование мальтола согласно ИЮПАК 
3-гидрокси-2-метил-4H-пиранового-4-1
Молекулярная формула мальтола C 6H 6O3
Природным источником Е-636 является молоко, жжёной сахар, солод, иглы хвойных деревьев, цикорий, хлебная корка, образуется при карамелизации сахара.
Получение добавки E-636 происходит в  результате щелочного гидролиза солей стрептомицина и из игл хвойных деревьев.
Богатым источником мальтола служит хвоя пихты сибирской, в которой  он содержится в количестве 1-2 %. Осваивается  метод комплексного получения из хвои сибирской пихты двух продуктов - пихтового эфирного масла и мальтола. Экстракция хвои после обработки эфирного масла горячей водой с последующей очисткой экстракта позволяет получить мальтол 95-96 % степени чистоты.
В РФ разрешён в качестве добавки, усиливающей и модифицирующей вкус и аромат пищевого продукта в ароматизаторы и вкусоароматические добавки.
Применение Е-636
Усилитель сладкого вкуса, компонент  ароматизаторов.
Добавка E-636 обладает целым комплексом важных свойств и имеет очень  широкое применение. Мальтол используется, в качестве стабилизирующей аромат добавки ко многим пищевым продуктам: эссенциям, шоколаду, хлебоизделиям, безалкогольным напиткам, фруктовым и овощным консервам, какао, чаю, кофе, а также табаку.
 Другие области применения:
в парфюмерии как душистое вещество.
Мальтол используют также в с./х. для ускорения прорастания семян.
Мальтол способен усиливать действие ряда лекарственных препаратов, является антиоксидантом, обладает бактерицидным  действием, проявляет фунгицидные  свойства, радиозащитный эффект.
Суточная норма Е-636
Мальтол практически нетоксичен (допустимая суточная норма 1400 мг/кг).
62. Пищевые добавки, замедляющие микробиологическую и окислительную порчу пищевого сырья и готовых продуктов: консерванты, антибиотики, пищевые антиокислители
Порча пищевого сырья и готовых продуктов является результатом сложных физико-химических и микробиологических процессов: гидролитических, окислительных, развития микробиальной флоры. Они тесно связаны между собой, возможность и скорость их прохождения определяются многими факторами: составом и состоянием пищевых систем, влажностью, рН среды, активностью ферментов, особенностями технологии хранения и переработки сырья, наличием в растительном и животном сырье антимикробных, антиокислительных и консервирующих веществ.
Порча пищевых продуктов приводит к снижению их качества, ухудшению органолептических свойств, накоплению вредных и опасных для здоровья человека соединений, резкому сокращению сроков хранения. В итоге продукт становится непригодным к употреблению.
Употребление в пищу испорченных продуктов, атакованных микроорганизмами и содержащих токсины, может привести к тяжелым отравлениям, а иногда и к летальным исходам. Значительную опасность представляют живые микроорганизмы. Попадая с пищей в организм человека, они могут привести к тяжелым пищевым отравлениям. Порча пищевого сырья и готовых продуктов приводит к громадным экономическим потерям. Поэтому обеспечение качества и безопасности пищевых продуктов, увеличение сроков их хранения, уменьшение потерь имеют громадное социальное и экономическое значение. Следует также помнить, что производство основного сельскохозяйственного сырья (зерна, масличного сырья, овощей, фруктов и т. д.) носит сезонный характер, оно не может быть сразу переработано в готовые продукты и требует значительных усилий и затрат для сохранения. Пищевые добавки с различными технологическими функциями
Обычно пищевые добавки разделяют на несколько групп:
— вещества, улучшающие внешний вид пищевых продуктов (красители, стабилизаторы
окраски, отбеливатели);
— вещества, регулирующие вкус продукта (ароматизаторы, вкусовые добавки,
подслащивающие вещества, кислоты и регуляторы кислотности);
— вещества, регулирующие консистенцию и формирующие текстуру (загустители,
гелеобразователи, стабилизаторы, эмульгаторы и др.);
— вещества, повышающие сохранность продуктов питания и увеличивающие сроки
хранения (консерванты, антиоксиданты и др.).
К пищевым добавкам не относят соединения, повышающие пищевую ценность продуктов питания и причисляемые к группе биологически активных веществ, такие как витамины, микроэлементы, аминокислоты и др.
Антибиотики - Особую группу пищевых добавок, замедляющих порчу пищевых продуктов (мяса, рыбы, птицы, овощей и т. д.), составляют антибиотики. Антибиотики, разрешенные для применения с медицинскими целями, не допускаются для использования при изготовлении пищевых продуктов и полуфабрикатов. Применение антибиотиков
позволяет сохранить пищевое сырье и некоторые виды пищевых продуктов более
длительное время, иногда продлить их срок хранения в 2—3 раза. Вместе с тем,
использование антибиотиков может привести к нежелательным последствиям, в том числе
к нарушению нормального соотношения микроорганизмов желудочно-кишечного тракта.
Обычно антибиотики применяют для обработки свежих, скоропортящихся продуктов (мясо, рыба, свежие растительные продукты).
Технологические приемы применения антибиотиков различны: погружение пищевого продукта в раствор антибиотиков на ограниченный срок, орошение поверхности пищевого продукта раствором антибиотиков различной концентрации, введение антибиотиков перед забоем животных и т. д.
Определенное распространение в пищевой промышленности получили антибиотики,
добавляемые непосредственно в пищевой продукт: низин и пимарицин.
Низин (Е234) — C143H230 O37S7 — антибиотик полипептидного типа. Хорошо сохраняется в сухом виде. Низин чувствителен к действию протеолитических ферментов, ферментов слюны и пищеварительных ферментов, устойчив к сычужным ферментам. Низин получают культивированием определенных штаммов бактерий Lactococcus lactis. Низин имеет узкий спектр действия: эффективен исключительно против грамположительных бактерий, стрептококков, бацилл и некоторых анаэробных спорообразующих бактерий, снижает сопротивляемость спор термоустойчивых бактерий к нагреванию, что позволяет снизить температуру стерилизации, повысить качество пищевых продуктов. Применяется в сыроделии, при консервировании овощей и фруктов, для удлинения сроков хранения стерилизованного молока. марицин (Е235) — C33H47NO13-; другие названия— натамицин, митроцин.
Антиокислители (антиоксиданы) известны как средство борьбы со свободными радикалами, разрушающими кровяные сосуды. Но, в пищевой промышленности используются не только природные антиокислители, но и синтетические антиокислители, которые могут нанести серьезный вред здоровью.
Антиокислители.
Назначение антиокислителей в пищевой промышленности.Обозначение антиокислителей (антиоксидантов).Природные антиокислители.Синтетические антиокислители.Назначение антиокислителей в пищевой промышленности:
Антиокислители, как следует из их названия, борются с процессом окисления пищевых продуктов.
Пищевые антиокислители:
используются в жирах и продуктах, содержащих жиры - для их защиты от прогоркания.
добавляются в безалкагольные напитки, а также в вино и пиво - для предотвращения их окисления.
при хранении овощей и фруктов и продуктов, изготовленных из овощей и фруктов - для предотвращения потемнения.
Часто в пищевых продуктах используется несколько видов антиокислителей одновременно.
Обозначение антиокислителей (антиоксидантов):
Антиокислители обозначаются литерами E300-312 и E320-321.
Природные антиокислители:
Популярными природными антиокислителями, используемыми в пищевой промышленности, являются:
Антиокислитель Е 300 - Аскорбиновая кислота (витамин С). Способствует повышению иммунитета.
Антиокислители Е 306 - Е 309 - Токоферолы (витамины Е).
63. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ДОБАВКИ
Биологически активные добавки (БАД) — природные (идентичные природным) биологически активные вещества, предназначенные для употребления одновременно с пищей или введения в состав пищевых продуктов. Их делят на нутрицевтики — БАД, обладающие пищевой ценностью, и парафармацевтики — БАД, обладающие выраженной биологической активностью.
Нутрицевтики — эссенциальные нутриенты, являющиеся природными ингредиентами пищи: витамины и их предшественники, полиненасыщенные жирные кислоты, в том числе оз-З-полиненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды, отдельные минеральные вещества и микроэлементы (кальций, железо, селен, цинк, иод, фтор), незаменимые аминокислоты, некоторые моно- и дисахариды, пищевые волокна (целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза и др.).
Потребление нутрицевтиков в составе пищевого рациона позволяет сравнительно легко и достаточно быстро компенсировать дефицитные эссенциальные пищевые вещества и обеспечить удовлетворение физиологических потребностей человека, изменяющихся при его болезни, организовать лечебное питание.
Парафармацевтики — это минорные компоненты пищи. К ним могут быть отнесены органические кислоты, биофлавоноиды, кофеин, регуляторы пептидов, эубиотики (соединения, поддерживающие нормальный состав и функциональную активность микрофлоры кишечника). К группе парафармацевтиков принадлежат также биологически активные добавки, регулирующие аппетит и способствующие уменьшению энергетической ценности рациона. К эффектам, определяющим функциональную роль парафармацевтиков, относятся: — регуляция микробиоценоза желудочно-кишечного тракта (ЖКТ); — регуляция нервной деятельности; — регуляция (в физиологических границах нормы) функциональной активности органов и систем (секреторной, пищеварительной и др.); — адаптогенный эффект.
64. Свободная и связанная влага в пищевых продуктах.
Вода в пищевых продуктах играет, как уже отмечалось, важную роль, т. к. обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.
Связанная влага — это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами — белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.
Свободная влага — это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.
Рассмотрим некоторые примеры.
При влажности зерна 15—20% связанная вода составляет 10—15%. При большей влажности появляется свободная влага, способствующая усилению биохимических процессов (например, прорастанию зерна).
Плоды и овощи имеют влажность 75—95%. В основном, это свободная вода, однако примерно 5% влаги удерживается клеточными 471 коллоидами в прочно связанном состоянии. Поэтому овощи и плоды легко высушить до 10—12%, но сушка до более низкой влажности требует применения специальных методов.
"Связывание воды" и "гидратация" — определения, характеризующие способность воды к ассоциации с различной степенью прочности с гидрофильными веществами. Размер и сила связывания воды или гидратации зависит от таких факторов, как природа неводного компонента, состав соли, рН, температура.
65. Активность воды и стабильность пищевых продуктов. Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов.
Активность воды (aw) — это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре. Это отношение входит в основную термодинамическую формулу определения энергии связи влаги с материалом (уравнение Ребиндера): ΔF = L = RT∙ln Р0 Рw = -RT∙lnaw , где ΔF — уменьшение свободной энергии (при постоянной температуре); L — работа отрыва 1 моля воды от сухого скелета материала (без изменения состава); R — универсальная газовая постоянная. aw = Рw Р0 = POB 100 , где Pw — давление водяного пара в системе пищевого продукта; Ро — давление пара чистой воды; РОВ — относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %. По величине активности воды выделяют: продукты с высокой влажностью (aw= 1,0—0,9); продукты с промежуточной влажностью (aw= 0,9—0,6); продукты с низкой влажностью (aw= 0,6—0,0)
В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль. Для большинства химических реакций, большая или максимальная скорость имеет место, как правило, в области aw, характерной для продуктов с промежуточной влажностью (0,7—0,9). Минимальная скорость этих реакций на кривой изотермы наблюдается на границе зон I и II (aw= 0,2—0,4), и для всех реакций, кроме окисления липидов, скорость остается минимальной, если aw еще меньше. Влагосодержание, соответствующее этому состоянию, составляет мономолекулярный слой. Окисление липидов начинается при низкой aw По мере ее увеличения скорость окисления уменьшается примерно до границы зон I и II на изотерме, а затем снова увеличивается до границы зон II и III. Дальнейшее увеличение aw снова уменьшает скорость окисления (на рис. 10.8 не показано). Эти изменения можно объяснить тем, что при добавлении воды к сухому материалу сначала имеет место столкновение с кислородом. Эта вода (зона I) связывает гидропероксиды, сталкивается с их продуктами распада и, таким образом, препятствует окислению. Кроме того, добавленная вода гидратирует ионы металлов, которые катализируют окисление, уменьшая их действенность. Добавление воды за границей I—II приводит к увеличению скорости окисления. Предполагается, что вода, добавленная в этой области изотермы, может ускорять окисление путем увеличения растворимости кислорода и набухания макромолекул.

РОЛЬ ЛЬДА В ОБЕСПЕЧЕНИИ СТАБИЛЬНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой температуры, чем от образования льда. Образование льда в клеточных структурах пищевых продуктов и гелях имеет два важных следствия:
а) неводные компоненты концентрируются в незамерзающей фазе (незамерзающая фаза существует в пищевых продуктах при всех температурах хранения)
б) вся вода, превращаемая в лед, увеличивается ~ на 9% в объеме.
Во время замораживания вода переходит в кристаллы льда различной, недостаточно высокой степени чистоты. Все неводные компоненты поэтому концентрируются в уменьшенном количестве незамерзшей воды. Благодаря этому эффекту, незамерзшая фаза существенно изменяет такие свойства, как рН, титруемая кислотность, ионная сила, вязкость, точка замерзания, поверхностное натяжение, окислительно-восстановительный потенциал. Структура воды и взаимодействие "вода—растворенное вещество" также могут сильно изменяться. Эти изменения могут увеличить скорости реакций. Таким образом, замораживание имеет два противоположных влияния на скорость 487 реакций: низкая температура как таковая будет ее уменьшать, а концентрирование компонентов в незамерзшей воде — иногда увеличивать.
66. Методы определения влаги в пищевых продуктах.
Высушивание до постоянной массы. Содержание влаги рассчитывают по разности массы образца до и после высушивания в сушильном шкафу при температуре 100 — 105°С. Это — стандартный метод определения влаги в техно-химическом контроле пищевых продуктов. Поскольку в основе метода лежит высушивание образца до постоянной массы, метод требует много времени для проведения анализа. Титрование по модифицированному методу Карла Фишера. Метод основан на использовании реакции окисления-восстановления с участием иода и диоксида серы, которая протекает в присутствии воды. Использование специально подобранных органических реагентов позволяет достигнуть полного извлечения воды из пищевого продукта, а использование в качестве органического основания имидазола способствует практически полному протеканию реакции. Содержание влаги в продукте рассчитывается по количеству иода, затраченному на титрование. Метод отличается высокой точностью и стабильностью результатов (в том числе при очень низком содержании влаги) и быстротой проведения анализа.
67. Чужеродные для организма вещества, относящиеся к группе ксенобиотиков (греческое xenos - чужой). Такие вещества в норме отсутствуют в организме или имеющиеся в следовых количествах. К ксенобиотиков, кроме большинства лекарственных средств, относятся пищевые добавки, красители, вкусовые средства, консерванты, различные соединения, используемые для защиты растений, инсектициды, отходы промышленных предприятий и т.д.. В современных условиях жизни и работы человека в его организм поступают различные посторонние вещества, которые в организме подвергаются постоянным преобразований. Некоторые из них могут выделяться в неизменном виде с мочой, с секретом пищеварительных желез в полости желудочно-кишечного тракта, с потом через кожу, а летучие вещества проникают через легочные мембраны и выделяются из легких с выдыхаемым. Наиболее активная смена ксенобиотиков происходит посредством процессов метаболизма, которые, как правило, направлены на образование менее токсичных и более растворимых в воде молекул, что облегчает выделение их из организма. Чужеродные вещества, растворимые в липидах, медленно выводятся из организма и медленно метаболизируются в нем. Вследствие этого они накапливаются в организме. Чужеродные вещества из группы металлов (ртуть, кадмий, свинец, серебро и др..) И металлоидов (мышьяк, сурьма), вступающие в прочный ковалентная химическая связь с белками, глутатио-ном и другими биомолекул тканей, долго задерживаются в организме. Для их выведения необходимо применение антидотов, которые вступают с ними в более прочную связь (унитиол, различные комплексоны и т.п.). Чужеродные для организма вещества, относящиеся к группе ксенобиотиков (греческое xenos - чужой). Такие вещества в норме отсутствуют в организме или имеющиеся в следовых количествах. К ксенобиотиков, кроме большинства лекарственных средств, относятся пищевые добавки, красители, вкусовые средства, консерванты, различные соединения, используемые для защиты растений, инсектициды, отходы промышленных предприятий и т.д.. В современных условиях жизни и работы человека в его организм поступают различные посторонние вещества, которые в организме подвергаются постоянным преобразований. Некоторые из них могут выделяться в неизменном виде с мочой, с секретом пищеварительных желез в полости желудочно-кишечного тракта, с потом через кожу, а летучие вещества проникают через легочные мембраны и выделяются из легких с выдыхаемым. Наиболее активная смена ксенобиотиков происходит посредством процессов метаболизма, которые, как правило, направлены на образование менее токсичных и более растворимых в воде молекул, что облегчает выделение их из организма. Чужеродные вещества, растворимые в липидах, медленно выводятся из организма и медленно метаболизируются в нем. Вследствие этого они накапливаются в организме. Чужеродные вещества из группы металлов (ртуть, кадмий, свинец, серебро и др..) И металлоидов (мышьяк, сурьма), вступающие в прочный ковалентная химическая связь с белками, глутатио-ном и другими биомолекул тканей, долго задерживаются в организме. Для их выведения необходимо применение антидотов, которые вступают с ними в более прочную связь (унитиол, различные комплексоны и т.п.).
 ПРИРОДНЫЕ. Все пищевые вещества полезны здоровому организму в оптимальных количествах и оптимальном соотношении. Но в пище всегда имеются микрокомпоненты, которые в относительно повышенных количествах вызывают неблагоприятный эффект. К ним относятся, во-первых, так называемые природные токсиканты – натуральные, присущие данному виду продукта биологически активные вещества,  которые могут при определенных условиях потребления вызывать токсический эффект, во-вторых, «загрязнители» – токсичные вещества, поступающие в пищу из окружающей среды вследствие нарушения технологии выращивания (кормления – для животных), производства или хранения продуктов или других причин.  В этой статье рассмотрим природные токсиканты,  в следующей “загрязнители”.
К природным токсикантам относятся биогенные амины, некоторые алкалоиды, цианогенные гликозиды, кумарины и ряд других соединений.
Биогенные амины. Наиболее изучены из природных токсикантов так называемые биогенные амины, такие, как серотонин, тирамин, гистамин, обладающие сосудосуживающим эффектом, и ряд других. Серотонин содержится главным образом в овощах и фруктах, например в томатах 12 мг/кг серотина, в сливе до 10 мг/кг, а также в шоколаде до 27 мг/кг. При большом потреблении томатов в организм может поступать серотонин в количествах, сравнимых с фармакологическими дозами.
Тирамин чаще всего обнаруживается в ферментированных продуктах (в сыре содержание тирамина может достигать 1100 мг/кг), а также в некоторых рыбных продуктах, например в маринованной сельди до 3000 мг/кг.
Гистамин – вызывает нарушение сосудистых реакций, например, головную боль. Его содержание в большинстве случаев коррелирует с тирамином.
В сырье гистамина от 10 до 2500 мг/кг, в рыбных консервах, вяленой рыбе до 2000 мг/кг.
Так что гипертоникам злоупотреблять сыром и рыбными деликатесами не следует.
Из других биогенных аминов, обладающих более слабым действием на организм, следует отметить путресцин (до 680-мг/кг в некоторых сырах и до 120 мг/кг в консервированной сельди), кадаверин (до 370 мг/кг в некоторых сырах и до 100 мг/кг в консервированном тунце). При этом содержание путресцина и кадаверина (а также спермидина) увеличивается при хранении рыбной продукции.
Содержание гистамина в количествах более 100 мг/кг может представлять опасность для здоровья, поэтому реализовать продукты с таким количеством гистамина запрещено.
Алкалоиды. Наиболее изучены так называемые пуриновые алкалоиды, к которым относится кофеин и часто сопровождающие его теобромин и теофилин. Они возбуждают нервную систему, что не всегда желательно. Непосредственно в зернах кофе и листьях чая содержание кофеина в зависимости от вида сырья может достигать от 1 ° до 4 %. В напитках – кофе и чае, естественно, меньше. В зависимости от способа приготовления и дозы в напитке кофе 050 мг/л кофеина, в напитке чая до 350 мг/л. В напитках типа пепси-кола и кока-кола до 100 мг/л и выше. Поэтому крепкий кофе и чай многим людям из-за возбуждения нервной системы пить на ночь не рекомендуется, так же как в любое время дня детям напитки типа пепси-кола и кока-кола.
Однако следует отметить, что пуриновые алкалоиды при систематическом потреблении их на уровне 1000 мг в день вызывают у человека постоянную потребность в них, напоминающую тягу алкоголиков к спиртному. Эта ненормальная потребность по аналогии с алкоголизмом получила название «кофеинизм». Безусловно, такое постоянное потребление кофеиноподобных алкалоидов нежелательно даже для здоровых людей.
И еще о двух алкалоидах, содержащихся в картофеле, – соланине, а также хаконине, которые относят к группе стероидных алкалоидов. При прорастании и позеленении картофеля в кожице и позеленевшей части клубня количество соланина (и хаконина) увеличивается более чем в 10 раз и может достигать 500 мг/кг. Соланин –сильным горьким вкусом и при зачистке картофеля от кожуры обычно удаляются.
Цианогенные гликозиды. В ряде других фруктов встречаются гликозиды (т. е. вещества, содержащие в своем вещество средней токсичности и при попадании в организм в повышенных количествах может вызвать типичные признаки отравления (одышку, тошноту, понос). К нашему счастью, эти алкалоиды обладают составе сахар) некоторых цианогенных альдегидов или кетонов, которые при ферментативном или кислотном гидролизе выделяют синильную кислоту HCN, вызывающую поражение нервной системы.
Наиболее известный из цианогенных гликозидов – амигдалин , который обнаруживается главным образом в косточках (например, миндаля от 5 до 8 %, персиков, сливы и абрикосов от 4 – до 6 %). Поэтому увлекаться приятными горькими абрикосовыми и миндальными ядрами не стоит. Кстати, на  кондитерских фабриках применение горького миндаля ограничивается.
В наливках и настойках, полученных с использованием фруктов с косточками (вишня, персик, абрикос и др.), амигдалин гидролизуется ферментами с образованием синильной кислоты, что опасно для здоровья. Поэтому хранить такие наливки и настойки длительное время (свыше 1 года) не рекомендуется. В то же время компоты и варенья из косточковых безопасны, так как при нагревании ферменты, гидролизующие амигдалин, инактивируются и образование синильной кислоты не происходит.
В некоторых растениях встречаются и другие природные токсиканты, например кумарины (в некоторых листовых овощах).
Чтобы обезопасить себя от нежелательного действия натуральных токсикантов, следует возможно разнообразнее питаться. В этом случае исключено, чтобы в ежедневном рационе  произошло накопление нежелательных токсикантов в опасной  для здоровья концентрации.
Синтетические.
Подавляющее большинство известных химических соединений получены синтетическим путем. Нет такой области деятельности, в ходе которой современный человек не контактировал бы с химическими веществами. Некоторые группы веществ, не смотря на их широчайшее использование, в силу высокой биологической активности, требуют особого внимания со стороны токсикологов. Это, прежде всего, пестициды, органические растворители, лекарства, токсичные компоненты различных производств, побочные продукты химического синтеза и т.д. Наиболее желательным свойством пестицидов, в этой связи, является избирательность их действия в отношении организмов-мишеней. Однако селективность действия подавляющего большинства пестицидов не является абсолютной, поэтому многие вещества представляют большую или меньшую опасность для человека. Основной риск, связанный с использованием пестицидов, обусловлен их накоплением в окружающей среде и биоте, перемещением по пищевым цепям, вплоть до человека. Достаточно часты случаи острого отравления пестицидами. Не изжиты хронические интоксикации у рабочих, занятых в производстве и использовании пестицидов. Поскольку организмы "вредителей" адаптируются к действию химических веществ, во всем мире постоянно синтезируются и внедряются в практику десятки и сотни новых соединений. Различные классы пестицидов представлены на табл. 4. И структура некоторых из них представлены на рис. 7.
68. Контроль за загрязнением пищевых продуктов. Современные методы обнаружения и определения содержания микотоксинов в пищевых продуктах и кормах включают скрининг-методы, количественные аналитические и биологические методы. Скрининг-методы отличаются быстротой и удобны для проведения серийных анализов, позволяют быстро и надежно разделять загрязненные и незагрязненные образцы. К ним относятся такие широко распространенные методы, как миниколоночный метод определения афлаток-синов, охратоксина А и зеараленона; методы тонкослойной хроматографии (ТСХ-методы) для одновременного определения до 30 различных микотоксинов, флуоресцентный метод определения зерна, загрязненного афлатоксинами, и некоторые другие.Количественные аналитические методы определения микотоксинов представлены химическими, радиоиммунологическими и иммунофер-ментными методами. Химические методы являются в настоящее время наиболее распространенными и состоят из двух стадий: стадии выделения и стадии количественного определения микотоксинов. Стадия выделения включает экстракцию (отделение микотоксина от субстрата) и очистку (отделение микотоксина от соединений с близкими физико-химическими характеристиками). Окончательное разделение микотоксинов проводится с помощью различных хроматографических методов, таких как газовая (ГХ) и газожидкостная хроматография (ГЖХ), тонкослойная хроматография (ТСХ), высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) и масс-спектрометрия. Количественную оценку содержания микотоксинов проводят путем сравнения интенсивности флуоресценции при ТСХ в ультрафиолетовой области спектра со стандартами. Для подтверждения достоверности полученных результатов применяют различные тесты, основанные на получении производных микотоксинов с иными хроматографическими, колориметрическими или флюорометрическими характеристиками.
Высокочувствительные и высокоспецифичные радиоиммуно-химиче-ские и иммуноферментные методы обнаружения, идентификации и количественного определения микотоксинов находят все более широкое применение и пользуются повышенным вниманием со стороны исследователей. Эти методы основаны на получении антисывороток к конъюгатам микотоксинов с бычьим сывороточным альбумином. Основным преимуществом этих методов является их исключительная чувствительность.
Биологические методы обычно не отличаются высокой специфичностью и чувствительностью и применяются, главным образом, в тех
 
случаях, когда отсутствуют химические методы выявления микотоксинов или в дополнение к ним в качестве подтверждающих тестов. В качестве тест-объектов используют различные микроорганизмы, куриные эмбрионы, различные лабораторные животные, культуры клеток и тканей.
69. Антиалиментарные факторы питания.
Антивитамины – вещества, обладающие способностью блокировать действие природных витаминов.
В состав многих овощей, фруктов и ягод входит аскорбатоксидаза – фермент, катализирующий окисление аскорбиновой кислоты в дегидроаскорбиновую, быстро разрушающуюся при нагревании. 
Этот фермент обнаружен в огурцах, кабачках, брюссельской капусте.Во многих видах пресноводных рыб (в том числе нашей страны) содержится фермент тиаминаза, катализирующий расщепление тиамина (витамина В1).У жителей Таиланда, употребляющих в пищу сырую рыбу, наблюдаются явления недостаточности этого витамина, несмотря на его высокое содержание в рационе. В сырых яйцах содержится белок авидин, который может образовывать в пищеварительном тракте стойкий комплекс с биотином, что приводит к развитию биотиновой недостаточности. 
Антагонистом пиридоксина (витамина В6) является линатин, выделенный из семян льна.
Вещества, снижающие усвоение минеральных веществ.Отдельную группу составляют вещества, подавляющие всасывание кальция, железа, цинка и других минеральных элементов, образуя с ними в кишечнике труднорастворимые комплексы. 
Это фитин, щавелевая кислота, полифенольные соединения чая и кофе.Фитин присутствует в пшенице, кукурузе, фасоли, горохе, а также в орехах и некоторых овощах (картофель, артишоки). Щавелевая кислота содержится в шпинате, щавеле, ревене, красной свекле.Наибольшее практическое значение имеют вещества, снижающие усвоение железа, – фитин злаковых и полифенольные соединения чая.Известно, что аскорбиновая кислота снижает неблагоприятное влияние этих и других соединений на усвоение железа из растительных продуктов.
Другие факторы. Ряд компонентов пищи обладает фармакологической активностью, приводящей к изменению физиологических функций органов и систем. К ним относятся этанол (алкоголь), кофеин, серотонин, гистамин. Этанол можно считать как биологически активным веществом, так и источником энергии. Его фармакологическое, в частности наркотическое, действие более заметно, поэтому алкоголь может и должен рассматриваться как агент, представляющий опасность дляздоровья человека. Фармакологической активностью обладают компоненты кофе и чая – алкалоиды кофеин, теобромин и теофилин – стимуляторы нервной деятельности.Многочисленную группу биологически активных компонентов пищевых продуктов предсталяют биогенные амины тирамин, ДОФА (диоксифенилаланин), норадреналин и серотонин, обнаруженные во многих продуктах животного (сыры, печень, мясной экстракт, рыба соленая) и растительного происхождения (бананы, ананасы, апельсины, томаты).Не вызывает сомнений возможность неблагоприятных последствий для здоровья избыточного потребления продуктов, содержащих высокие концентрации этих веществ, особенно у людей, страдающих, например, гипертонией.К алкалоидам пищи относится группа сапонинов, накапливающихся в оболочках картофеля при его длительном хранении, а также в позеленевших частях картофеля. Сапонины обладают горьким вкусом и могут вызвать типичное отравление при значительном накоплении в картофеле.Крайне ядовитое вещество пептидной природы – аманитин, содержится в бледной поганке и является причиной тяжелых смертельных отравлений при ошибочном употреблении этого гриба в пищу.Большое число растений вырабатывают цианогенные гликозиды, которые при взаимодействии с кислотами могут выделять цианистый водород – сильнейший дыхательный яд. Из миндаля, семян яблок, абрикосов, вишни, персиков, груш, слив и айвы выделен гликозид амигдалин. Описаны многочисленные случаи отравления людей и сельскохозяйственных животных растительными цианогенными гликозидами.С античных времен известны случаи отравления медом.В некоторых районах Малой Азии мед из нектара цветов семейства вересковых может вызывать интоксикации, связанные с наличием в нем так называемых андрометоксинов. Эти токсические вещества поражают центральную нервную систему.Известно множество ядовитых для человека растений. К счастью, в средней полосе нашей страны появление токсических свойств у пищевых растений маловероятно. Однако известны случаи, когда в засушливые годы обычные съедобные или условно съедобные лесные грибы приобретали токсические свойства и вызывали массовые отравления людей.Сведения о природных компонентах пищи, способных неблагоприятно воздействовать на организм человека, необходимо учитывать при составлении рационов питания для различных категорий населения, при выборе способа кулинарной обработки и решении технологических вопросов производства пищевых продуктов или питания в экстремальных условиях.
Метаболизм Чужеродных соединений.
Метаболизм некоторых чужеродных для организма лекарственных препаратов и других ксенобиотиков, принятых внутрь начинается в желудочно-кишечном тракте. Вещества, всосались в кровь из желудка и кишечника, поступают в печень. В ее клетках они могут подвергаться всевозможным изменениям, направленность которых определяется структурой вещества. Вещества, которые прошли через печень, разносятся кровью ко всем органам и проникают в ткани по законам диффузии, фильтрации и активного захвата клетками. В клетках разных тканей также происходит метаболизм чужеродных веществ, но с меньшей интенсивностью, чем в печени. В процессе эволюции у теплокровных организмов основным местом метаболизма ксенобиотиков стала печень, которая является эффективным барьером, спасает организм от постоянного проникновения в кровь веществ из кишечника, поступающих туда с пищей и водой, а также заново образуются в нем микрофлорой (см. метаболизм белков).
 Лекарственные вещества, попадающие в организм парентерально, также поступают в печень, но в меньшем количестве, и поэтому введена доза медленнее метаболизируется в ней.
 
70. Фальсификация (от латинского - подделываю) – действия, направленные на обман получателя и/или потребителя путем подделки объекта купли-продажи с корыстной целью. В широком смысле фальсификация может рассматриваться как действия, направленные на ухудшение потребительских свойств продукции или уменьшение ее количества при сохранении наиболее характерных, но несущественных для ее использования по назначению свойств. Фальсификация пищевых продуктов чаще всего производится путем придания им отдельных наиболее типичных признаков, например внешнего вида при общем ухудшении или утрате остальных наиболее значимых свойств пищевой ценности, в том числе безопасности.Основным признаком фальсификации является преднамеренность подделки или умышленное сокрытие информации о свойствах продукции, которые неочевидны для покупателя. Распространению фальсификации промышленной продукции способствует как ажиотажный спрос, так и снижение жизненного уровня населения, отсутствие или несовершенство законодательных актов и нормативных документов, низкая законопослушность изготовителей и продавцов, малая информированность потребителей и слабая защита интересов человека на всех уровнях, отсутствие или разрушение контролирующих структур. Фальсификация продукции с правовой стороны является разновидностью мошенничества. Наиболее часто фальсификации подвергаются пищевые продукты, стоимость которых достаточно велика, а реализация продукции сулит достаточно высокую прибыль. Это в первую очередь винно-водочные изделия, спирт, пиво, а также деликатесы. К основным причинам широкого распространения фальсификации в настоящее время можно отнести следующие: · Ослабление контроля за качеством производимой и реализуемой продукции в период реорганизации соответствующих служб и всей административной системы общества; · Отмена обязательного выполнения требований государственных стандартов, кроме требований безопасности, экологичности и взаимозаменяемости, в том числе перевод технических условий из нормативного в технический документ;
Для разных субъектов рыночных отношений последствия изготовления, реализации и потребления фальсифицированной продукции связаны с определенными риском и потерями.Конечно, подвергаются наибольшему риску и несут самые большие потери от фальсификации потребители. Риск потребителя связан с нанесением вреда его жизни, здоровью и имуществу, если фальсифицированная продукция в результате применения заменителей становится опасной.При приобретении фальсифицированной продукции потребителю наносится также материальный и моральный ущерб, происходит потеря денежных средств, и кроме того, обман, выявленный при установлении фальсификации может вызвать у людей нервные срывы со всеми вытекающими отсюда последствиями.Значительные потери вследствие фальсификации несет не только индивидуальный потребитель, но и общество в целом. При широком распространении ассортиментной и качественной фальсификации, в результате которой на рынке появляются в значительном количестве опасные продукты, возникает риск утраты здоровья многими членами общества, снижается продолжительность жизни, увеличивается смертность от болезней и пищевых отравлений, например, канцерогенными веществами и др.), ухудшается структура питания за счет повышения удельного веса низкокачественных и малоценных продуктов, что в конечном счете влияет на ухудшение качества жизни общества в целом.

71. Генетически модифицированные продукты питания.
Генно-модифицированный организм (ГМО) - организм, полученный с применением методов генной инженерии и содержащий гены, их фрагменты или комбинации генов других организмов. Генетически модифицированные организмы создаются методами генной инженерии -науки, которая позволяет вводить в геном растения, животного или микроорганизма фрагмент ДНК из любого другого организма с целью придания ему определенных свойств. Цель: Делается это для того, чтобы растение-реципиент получило новые удобные для человека свойства, повышенную устойчивость к вирусам, к гербицидам, к вредителям и болезням растений. Пищевые продукты, полученные из таких генно измененных культур, могут иметь улучшенные вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше храниться. Также часто такие растения дают более богатый и стабильный урожай, чем их природные аналоги. Генетически измененный продукт- это когда выделенный в лаборатории ген одного организма пересаживается в клетку другого. Классификация ГМО: Обьект модификации: 1)Генетически модифицированные растения. 2)Генетически модифицированные животные. 3)Генетически модифицированные микроорганизмы. По внедряемый свойствам: 1)Устойчивые к насекомым. 2)Устойчивые к действию гербицидов. 3)С улучшеными питательными свойствами. 4)Устойчивые к болезням. 5)С улучшеными послеуборочными характеристиками 6)Устойчевые к климатическим и погодным условиям. 7)Лекарственные. 8)Пищевые добавки. Список генетически модифицированных продуктов: витамины, горох, картофель, кукуруза, канола, лен, мед, молочные продукты, мясо, помидоры, растительное масло, рис.
72. Физиологические аспекты химии пищевых веществ.
Химический состав пищевого продукта формируют три основные группы компонентов: а) продовольственное сырье, б) пищевые добавки, в) биологически активные добавки.
Продовольственное сырье - объекты растительного, животного, микробиологического, а также минерального происхождения, используемые для изготовления пищевых продуктов. Пищевые добавки - природные или синтезированные вещества, соединения, специально вводимые в пищевые продукты в процессе изготовления последних в целях придания пищевым продуктам определенных (заданных) свойств и (или) сохранения их качества.
Биологически активные добавки - концентраты природных или идентичных природным биологически активных веществ, предназначенные для непосредственного приема с пищей или введения в состав пищевых продуктов. В аспекте биохимии питания все вещества, которые могут быть обнаружены в составе пищевого продукта, в обобщенном виде подразделяют на три основных класса: два класса собственно пищевых (алиментарных: от англ, alimentary - пищевой, питательный) веществ - макро- и микронутриенты и класс непищевых (неалиментарных) веществ.
Макронутриенты - класс главных пищевых веществ, представляющих собой источники энергии и пластических (структурных) материалов; присутствуют в пище в относительно больших количествах (от 1 грамма). Представителями этого класса являются углеводы, липиды и белки.
Микронутриенты - класс пищевых веществ, оказывающих выраженные биологические эффекты на различные функции организма; содержатся в пище, как правило, в небольших количествах (милли- и микрограммы). Класс микронутриентов объединяет витамины, предшественники витаминов и витаминоподобные вещества, а также минеральные вещества.
В третий класс выделены вещества, обычно содержащиеся в пищевых продуктах, но не используемые организмом в процессе жизнедеятельности. К таким веществам, объединяемым термином "непищевые", принадлежат различные технологические добавки (ароматизаторы, красители, консерванты, антиоксиданты и др.), ядовитые вещества и т.п.
73. Принципы рационального питания. Рекомендуемые нормы потребления пищевых веществ и энергии.
Основу рационального питания составляют три главных принципа.
1. Баланс энергии, который предполагает адекватность энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой в процессах жизнедеятельности.
2. Удовлетворение потребности организма в оптимальном количестве и соотношении пищевых веществ
3. Режим питания, подразумевающий соблюдение определенного времени и числа приемов пищи, а также рационального распределения пищи при каждом ее приеме.
1-принцип: Пища для человеческого организма, прежде всего, является источником энергии. Именно при ее превращениях - окислении и распаде сложных веществ на более простые - происходит выделение энергии, необходимой организму в процессах жизнедеятельности, и, именно энергия, содержащаяся в пищевых веществах, является мерой потребности человека в пище. Энергию выражают в килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж); 1 ккал соответствует 4,18 кДж. Роль основных источников энергии принадлежит макронутриентам - белкам, жирам и углеводам.
2-принцип: В соответствии со вторым принципом рационального питания, должно быть обеспечено удовлетворение потребности организма в основных пищевых веществах, включающих источники энергии (белки, жиры, углеводы), незаменимые аминокислоты, незаменимые высшие жирные кислоты, витамины, минеральные вещества.
3-принцип: В основу третьего принципа рационального питания положены четыре основных правила: регулярность питания, которая учитывает комплекс факторов, обеспечивающих нормальное пищеварение; дробность питания в течение суток, которая должна составлять не менее 3-4 раз в день; рациональный подбор продуктов при каждом приеме; оптимальное распределение пищи в течение дня, при котором ужин не должен превышать одной трети дневного рациона.
Разнообразный и сбалансированный рацион не создает проблем в отношении безопасности питания, связанных, главным образом, с определенным дефицитом или избытком отдельных питательных веществ или их комбинаций. неправильное питание рассматривается как фактор повышения риска наиболее типичных для нашей цивилизации заболеваний взрослого населения. К этим болезням, возникновение и развитие которых связывают с неправильным питанием, относятся: раковые заболевания
сердечно-сосудистые заболевания нарушение функций желудочно-кишечного тракта, остеопорозы (кость) ожирение
Для обеспечения здоровья содержание в рационе минеральных веществ и витаминов должно поддерживаться на уровне, соответствующем физиологическим потребностям человека.
К числу приемов поддержания необходимого уровня потребления микронутриентов относятся: обогащение нутриентами традиционных продуктов питания (например, витаминизация); потребление с пищей мультивитаминных и витаминно-минеральных комплексов.
74. Пищевой рацион современного человека. Основные группы пищевых продуктов.
Пищевой рацион современного человека, определяющий в итоге его здоровье, формируется на базе физиологических потребностей в энергии, макро- и микронутриентах с учетом трех принципов рационального питания. При этом, он так или иначе отражает индивидуальные особенности, экономические возможности и пищевые привычки человека.
По сути, сегодня не существует строгих, нормативно закрепленных правил составления пищевого рациона. Единственным правилом является разнообразие рациона, обеспечивающее все физиологические потребности человека. Общие рекомендации специалистов по формированию пищевого рациона включают:
потребление разнообразных пищевых продуктов;
поддержание идеальной массы тела;
снижение потребления жиров, насыщенных жиров и холестерина;
повышение потребления углеводов (крахмала, клетчатки);
сокращение потребления сахара;
сокращение потребления натрия (NaCl).
Последние рекомендации ВОЗ в области продовольственной политики включают следующие положения: а) производство злаковых культур и картофеля должно обеспечить более 50% поступления энергии; б) производство овощей (включая картофель) и фруктов должно обеспечить их потребление на уровне не менее 400 г в день на человека. В общем случае в ежедневный рацион должны входить следующие четыре группы продуктов питания:
1) мясо, рыба, яйца - источники белков и минеральных веществ;
2) картофель, хлеб, крупы и другие продукты из зерновых - источники белков, углеводов;
3) молоко и молочные продукты (в т. ч. йогурты, сыры) - источники белков, углеводов, кальция, витаминов группы В;
4) фрукты и овощи - источники витаминов и минеральных веществ.
75. Концепция здорового питания. Функциональные ингредиенты и продукты.
Концепция здорового (позитивного, функционального) питания была сформулирована в начале 80-х гг. в Японии, где приобрели большую популярность так называемые функциональные продукты (сокращенное название термина "физиологически функциональные пищевые продукты"), т. е. продукты питания, содержащие ингредиенты, которые приносят пользу здоровью человека, повышают его сопротивляемость заболеваниям, способны улучшить многие физиологические процессы в организме человека, позволяя ему долгое время сохранять активный образ жизни. Положительное влияние функциональных продуктов питания на здоровье включает: уменьшение уровня холестерина в крови; сохранение здоровых зубов и костей; обеспечение энергией; уменьшение заболеваний некоторыми формами рака.
Эти продукты предназначены широкому кругу потребителей и имеют вид обычной пищи. Они могут и должны потребляться регулярно в составе нормального рациона питания.
Потребительские свойства функциональных продуктов включают три составляющие: пищевую ценность, вкусовые качества, физиологическое воздействие. Продукты здорового питания не являются лекарствами и не могут излечивать, но помогают предупредить болезни и старение организма в сложившейся экологической обстановке. Функциональные ингредиенты. Все продукты позитивного питания содержат ингредиенты, придающие им функциональные свойства. По теории Д. Поттера на сегодняшнем этапе развития рынка эффективно используются следующие основные виды функциональных ингредиентов:
пищевые волокна (растворимые и нерастворимые); витамины (А, группа В, D и т. д.); минеральные вещества (кальций, железо); полиненасыщенные жиры (растительные масла, рыбий жир, ω-3- и ω-6-жирные кислоты);
антиоксиданты: β-каротин, витамин С (аскорбиновая кислота) и витамин Е (α- токоферол); пробиотики (препараты живых микроорганизмов); пребиотики (олигосахариды как субстрат для полезных бактерий).
Функциональные продукты. В настоящее время выпускаются четыре группы продуктов функционального питания: зерновые завтраки (Пищевые волокна; витамины А, Е, В; кальций; фитоэлемекты), молочные продукты (Кальций: рибофлавин (витамин В); молочнокислые штаммы ацидофилов и бифидум лактобактерий; пептиды; линолевая кислота) жировые эмульсионные продукты и растительные масла(Линолевая кислота; линоленовая кислота; омега-3-жирные кислоты; витамины) безалкогольные напитки (Витамины С и В; β-каротин; растворимые пищевые волокна; фотоэлементы)

Приложенные файлы

  • docx 6463432
    Размер файла: 663 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий