Химический состав пищевых продуктов

Тема 2. Химический состав пищевых продуктов.

Для изучения потребительских свойств продовольственных това­ров и понимания процессов, происходящих в них, для организации рационального питания человека, надо знать химический состав товаров и свойства входящих в них различных химических веществ. В состав всех пищевых продуктов входят неорганические веще­ства (вода, минеральные вещества) и органические (углеводы, бел­ки, жиры, витамины, ферменты, органические кислоты, дубиль­ные, пектиновые, красящие, ароматические вещества, гликозиды, фитонциды, алкалоиды). От соотношения этих веществ и их изме­нений в продуктах зависят потребительские свойства товаров, ус­ловия, сроки хранения и т. д.

Вода — необходимая составная часть животных и растительных организмов. Она составляет в среднем 2/3 массы человеческого тела и участвует в процессе обмена веществ. Поэтому вода в питании имеет исключительное значение. Суточная потребность человека в воде 1,5 -2 л.

Все пищевые продукты содержат воду, но в разных количествах. Много воды в свежих плодах и овощах (65 - 95%), молоке (87-90%), рыбе (62-84%), мясе (58-74%). Меньше воды в крупах, муке (12-15%), сливочном масле (16-35%), макаронных изделиях (13%).

Содержание воды в продуктах, существенно влияет на их пищевую ценность, потребительские свойства, условия хранения. Чем больше в продуктах воды, тем ниже их питательная ценность и меньше срок хранения (молоко и молочные продукты, овощи и фрукты, мясо и рыба, являются скоропортящимися. Продукты сушеные, а также содержа­щие меньшее количество влаги, например крупа, макароны и другие, хранятся значительно дольше).

Каждый пищевой продукт должен содержать определенное ко­личество воды. Поэтому как увеличение, так и уменьшение в нем влаги против нормы всегда вызывают ухудшение качества продук­та. (Так, повышенное содержание воды в сахаре, макаронных изделиях, крупах делает их непригодными для хранения. Уменьшение воды в свежих П и О приводит к их увяданию, потере внешнего вида, возрастает вероятность микробиоло­гических заболеваний).

Вода, входящая в состав пищевых продуктов находится в трех формах связи с сухими веществами: 1. физико-механической:

       влага смачивания- в виде мельчайших капель на поверхности продуктов или на поверхности разреза тканей продуктов. Она удерживается силами поверхностного натяжения;

       макрокапиллярная – влага, которая находится в капиллярах радиусом более 10-5 см;

       микрокапиллярная – влага в капиллярах радиусом менее 10-5 см;

2. физико – химической:

       влага набухания, называемая также осмотически удерживаемой влагой, находится в микропространствах, образованных мембранами клеток, фибриллярными молекулами белков и другими волокнистыми структурами она удерживается осмотическими силами;

       адсорбционно связанная вода находится у поверхности раздела коллоидных частиц с окружающей средой. Она прочно удерживается молекулярным силовым полем и входит в состав мицелл различных гидрофильных коллоидов, из которых наибольшее значение имеют водорастворимые белки. Она не растворяет органические вещества и минеральные соли, замерзает при низкой температуре (-710), обладает пониженной диэлектрической постоянной, не усваивается микроорганизмами.

3. химическая:

       ионная;

       молекулярная;

Преобладают первые две формы связи, химическая связь в продуктах встречается редко.

Минеральные вещества. Человек с пищей получает различные минеральные вещества, которые находятся в ней в виде солей органических и минеральных кислот, а также в составе органических соединений. Минеральные вещества необходимы человеку, так как они поддерживают постоян­ное осмотическое давление в клетках и тканях, влияют на обмен веществ, поддерживают кислотно-щелочное рав­новесие в организме, входят в состав костей, нервных тканей, крови и др. Недостаток минеральных веществ в организме приводит к различным заболеваниям. Среди минеральных веществ различают макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы. Содержатся в пищевых продуктах в сравнительно больших коли­чествах.

Кальций — входит в состав костей и зубов человека. От его содержания в пище зависит нормальная деятельность нервной систе­мы, сердца, рост, устойчивость против инфекционных заболеваний. Наибольшее количество солей Са содержится в молоке и молочных продуктах, богаты Са хлеб, овощи, желток яиц, бо­бовые. Недостаток Са вызывает рахит.

Фосфор — также входит в состав зубов и костей человека в сочетании с Са, содержится в нервных тканях, участвует в процессе усвоения У, Б и Ж. Богаты Р рыба, овощи, грибы, сыр, мясо, ржа­ной хлеб, яйца, орехи.

Железо — входит в состав гемоглобина. Недостаток Fе вызывает упадок сил, малокровие. Боль­шое количество Fе содержится в мясе, печени, мозгах, гречне­вой и овсяной крупах, яичном желтке, в ягодах. Fе, содержащееся в Я и П, усваивается особенно хорошо, так как содержит витамин С, способствующий его усвоению.

Калий — регулирует содержание воды в тканях, улучшает работу сердца,  положительно влияет на крово­обращение, нормализует кис­лотно-щелочное равновесие. Раститель­ная пища повышает количество К в крови, при этом увели­чивается мочеотделение. Много К в баклажанах, кабачках, томатах, капусте,  кураге, черно­сливе и изюме.

Магний — способствует снижению холестерина в крови, обладает сосудорасширяющим свойством, влияет на нервную систему. Недостаток Mg ведет к прекращению роста, нервной cверхвозбудимости, заболеванию кожи, выпадению волос. Наиболее богаты Mg горох, овсяная крупа, ржаной хлеб.

Натрий и хлор - содержатся в пище в недостаточном количестве, поэтому эти компоненты + к ней  в виде пова­ренной соли (NаС1). Nа влияет на обмен веществ, поддерживает определенную реакцию крови и величину осмотичес­кого давления в тканях. Cl необходим для образования в организ­ме соляной кислоты, входящей в состав желудочного сока.

Микроэлементы содержатся в пищевых продуктах в малых количествах, определяющихся тысячными долями процентов. Несмотря на это, роль их в питании человека велика.

Йод — влияет на нормальную деятельность щито­видной железы, недостаток его вызывает нарушение многих функций организма. Много I в морской рыбе и морской капус­те, в ракообразных и моллюсках, грецких орехах, салате, шпинате.

Марганец - участвует в процессе формирования костей, образования гемоглобина крови, способствует росту организма. Мно­го Mn в листовых овощах, крупах, хлебе, П.

Фтор - необходим для формирования костей и зубов. Нахо­дится в молоке и мясе.

Цинк - входит в состав всех тканей, влияет на функцию поджелудочной железы и жировой обмен, способствует нормально­му росту молодого организма. Zn содержится в печени животных, говядине, яйцах, репчатом луке и др. Zn также может привести к отравлению организма. В больших количествах может накапливаться в кислых или жирных продуктах, которые хранились в цинковой посуде, вследствие их взаимодействия с металлом.

Углеводы — основной источник энергии, участвуют в построении  клеток и в обмене веществ, влияют на жировой обмен. При сбалансированном питании суточная потребность человека в У составляет 400-500 г. При недостатке У организм расщепляет даже белки, а при избытке образуется жир, который откладывается на внутренних органах и под кожей. У, в основном, нахо­дятся в продуктах растительного происхождения. Из У почти целиком состоят сахар, крахмал, в меде их до 75%, в крупах - около 77%. Содержание У в продуктах (в %): хлеб — 40-50; сухари -71; сахар-песок - 99,8; макаронные изделия - 74; мясо - 1; рыба - 1; яйца - 1; молоко - 4,7.  Их делят по строению молекул на моносахариды, дисахариды, и полисахариды.

Моносахариды (или простые сахара):

- глюкоза (виноградный сахар) — самый распространенный сахарид. Много ее в Я, П, меде. В промышленности получают ее из картофельного или кукурузного крахмала. Для нормальной деятельности человеку необходимо содержание глюкозы в крови в количестве 80—120 %. Повышенное содержание глюкозы в крови приводит к нарушению обмена веществ, и является призна­ком такого заболевания, как сахарный диабет.

- фруктоза (фруктовый сахар) - находится во всех П и О, а также в меде.

- галактоза — в природе в свободном виде не встречается, а входит в состав молочного сахара и пектиновых веществ. 

   Дисахариды - состоят из двух молекул моносахаридов. К ним относится:

- сахароза  - входит в состав многих П и О вместе с глюкозой и фруктозой. Больше всего ее содержится в сахарном тростнике и свекле, которые используют для получения сахара. Сахарный песок и сахар-рафинад почти целиком состоят из сахарозы.

- лактоза (молочный сахар) — содержится в молоке животных и материнском молоке. Лактоза сбраживается молочнокислыми бакте­риями в молочную кислоту. Это свойство используют при произ­водстве кисломолочных продуктов. В желудке человека лактоза рас­щепляется под действием фермента лактозы на глю­козу и галактозу. Но иногда этот фермент отсутствует в желудке и кишечнике человека, и поэтому такие люди не способны перевари­вать молоко.

- мальтоза (солодовый сахар) — находится в проросшем зерне. Получается при расщеплении (гидролизе) крахмала под действием ферментов зерна. При гидролизе мальтозы образуется толь­ко глюкоза.

Дисахариды под действием ферментов или кислот распадаются на простые сахара. Сахароза распадается на глюкозу и фруктозу - ин­версия, а полученный продукт называют инвертным сахаром, обладающим высокой гигроскопичностью, используемым при про­изводстве кондитерских изделий (карамели) для предохранения их от засахаривания. Моносахариды и дисахариды носят общее название сахаров. Они имеют сладкий вкус, хорошо растворяются в воде. Самым сладким сахаром является фруктоза, а неслад­ким — лактоза. При нагревании выше 160°С сахара разлагаются, об­разуя продукты темно-коричневого цвета - карамелизация.

Полисахариды - более сложные У, состоящие из боль­шого числа молекул простых сахаров. Они не обладают сладким вкусом, поэтому называются несахаро-подобными углеводами. Под действием ферментов или кислот проис­ходит их расщепление до простых сахаров. К наиболее часто встречающимся полисахаридам относят крахмал, гликоген, инулин и клетчатку.

- крахмал содержат зерно, крупа, хлеб, мака­ронные изделия (60-70 %). Является основным поставщиком У в орга­низм, но относится к медленно усваиваемым веществам. В холодной воде крахмал не растворяется, а с горячей водой образует клейстер — вязкую, густую массу. При соединении с йодом крахмал синеет. По этой  реакции определяют наличие крахмала в продуктах.

- гликоген (животный крахмал) содержится в мясе убойных животных, печени, рыбе, грибах и дрожжах. Хорошо растворяется в воде, при реакции с йодом дает фиолетово-красный цвет.

- инулин содержится в чесноке, корнях цикория. Легко растворяется в теплой воде и образует густую вязкую массу. При гидролизе превращается во фруктозу. Сырье, содержащее ину­лин, используется в пищевой промышленности для получения фруктового сахара, рекомендуемого для питания диабетиков.

- клетчатка - много в кожуре П, О, хлебе, крупах. В воде не растворяется, организмом человека не усваивается, поэтому пищевой ценности не имеет, но способствует работе кишечника, выводит из организма соли тяжелых металлов, холестерин).

Липиды. Липидные соединения – жиры, фосфатиды, стериды, стерины и воска входят в состав пищевых продуктов. Липиды (за исключением стеринов) содержат в своем составе жирные кислоты, связанные по типу сложных эфиров. В молекулах липидов находится большое количество гидрофобных радикалов и группировок. Липиды не растворяются в вое, а растворяются в органических растворителях (эфире, бензине и др.).

В пищевых продуктах из липидов преобладают жиры. Ими богаты растительные и коровье масла, маргарин, кулинарные и топленые жиры (82-99%), орех (до 67%). Мало жиров в зернах злаков (1,5-6,0%), плодах и овощах (до 0,5%), макаронных и простых хлебных изделиях (до 0,9%).

По своему происхождению жиры делятся на растительные и животные. Жиры, полученные из коровьего молока, и жиры растительные в обыденной жизни носят название масла. Остальные жиры, за исключением жиров рыб и морских животных, называют салом.

По химической природе жиры являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина С3Н5 (ОН)3 и жирных кислот. В пищевых жирах преобладают триглицериды (в молекуле глицерина все ионы водорода гидроксильных групп замещены остатками жирных кислот); моно- и диглицеридами могут быть в очень малых количествах.

Жирные кислоты, входящие в состав жиров, в зависимости от характера связи углеродных атомов в углеводородной цепи делятся на предельные и непредельные. большинство жирных кислот содержит четное число (от 4 до 24) атомов углерода в нормальной углеводородной цепи. В липидах обнаружено небольшое количество (1-5%) жирных кислот с нечетным числом атомов углерода в цепи и жирные кислоты с разветвленной углеводородной цепью.

Физические, химические свойства и пищевая ценность жиров определяются количественным и качественным составом жирных кислот.

Температура плавления и застывания жиров зависит от входящих в их состав жирных кислот. При комнатной температуре жиры имеют твердую, мазеобразную и жидкую консистенцию. В глицеридах твердых жиров преобладают высокомолекулярные предельные жирные кислоты. Твердые жиры переходят в жидкое состояние в пределах некоторого интервала температур, так как они состоят из смеси различных триглицеридов. Температурой плавления жира считают температуру, когда расплавленный жир полностью осветляется. Она всегда на несколько градусов выше температуры застывания. В растительных жирах и жирах рыб преобладают ненасыщенные жирные кислоты.