Лекция 4. Влияние химического состава и строения сырья и
материалов на потребительские свойства товаров
Для
изучения потребительских свойств продовольственных
товаров и понимания процессов, происходящих в них, надо, прежде всего, знать их
химический состав. Знание химического состава дает возможность разрабатывать
безотходные технологии производства, создавать экологически чистые продукты
питания и беречь окружающую среду от загрязнения. Химический состав
продовольственных товаров необходимо знать для организации рационального
питания человека, употребления пищи, сбалансированной по качественному и
количественному составу.
Каждый
пищевой продукт характеризуется определенным химическим составом. Вещества,
входящие в состав пищевых продуктов, подразделяются на
неорганические и органические. К неорганическим относят воду и минеральные вещества, к
органическим – углеводы, азотистые соединения, липиды, витамины, ферменты,
органические кислоты, фенольные соединения и другие вещества. От количественного
и качественного соотношения этих веществ и их изменений в продуктах зависят
потребительские свойства товаров, условия и сроки их хранения и переработки.
Вода –
необходимая составная часть растительных и животных организмов. Содержание воды
в различных органах человека в зависимости от возраста и пола колеблется от 55%
до 67%. Вода составляет в среднем 2/3 массы тела человека.
Вода имеет
первостепенное значение для жизни и существования всех живых организмов. Она
необходима для нормального кровообращения, дыхания, пищеварения. Все
биохимические реакции, связанные с обменом веществ, совершаются с участием
воды. В организме человека вода уменьшает трение, облегчает скольжение
суставов, связок, мышц. Посредством испарения воды кожей поддерживается постоянная
температура тела человека. Вместе с водой из организма человека удаляются
шлаки.
В среднем
в сутки человек потребляет
Вода
входит в состав многих пищевых продуктов. Наиболее высокое содержание воды
характерно для плодов и овощей (72-95%), молока (87-90%), мяса (58-74%), рыбы
(62-84%). Значительно меньше воды находится в зерне, муке, крупе, макаронных
изделиях, сушеных плодах и овощах, орехах, маргарине, сливочном масле (12-25%).
Минимальное количество воды содержится в сахаре (0,14-0,4%); в растительном и
топленом масле, кулинарных жирах (0,25-1%); поваренной соли, чае, карамели без
начинки, сухом молоке (0,5-5%). В натуральных пищевых продуктах количественное
содержание воды может значительно колебаться. Тресковые рыбы содержат 71-86%
воды, содержание которой зависит от возраста, пола, района и времени лова.
Количество воды в картофеле 67-87% и зависит от хозяйственно-ботанического
сорта, района выращивания. В продуктах, изготовленных из растительного или
животного сырья: сахаре, кондитерских, колбасных изделиях, сырах и других –
содержание воды регламентируется стандартами.
Содержание
влаги в продуктах определяют высушиванием их навески до постоянной массы. Влажность продукта – это выраженное в
процентах отношение свободной и
адсорбционно связанной воды к его первоначальной массе, она характеризует
товароведно-технологические свойства продукта, пищевую ценность, кулинарные
достоинства, стойкость в хранении.
Продукты с
высоким содержанием воды нестойки при хранении, в них быстро развиваются
микроорганизмы, ускоряются химические, биохимические процессы. Стойкость
продуктов в хранении зависит также от соотношения в них свободной и связанной
воды. Например, мука, крупа при влажности до 14% хорошо сохраняются, т.к. почти
вся влага в них находится в связанном состоянии. При повышении содержания воды
в них накапливается свободная влага, усиливаются биохимические процессы,
возникают трудности при хранении. Каждый пищевой продукт содержит определенное
количество воды, а повышение или понижение содержания воды против нормы
ухудшает его качество. Для тех продуктов, которым свойственно малое количество
влаги (мука, макаронные изделия, сахар, крахмал, карамель) повышение влажности
сопровождается резким ухудшением их качества. Достаточно высокое содержание
воды очень важно для свежих плодов и овощей, которые при заметной потере влаги
делаются дряблыми, увядают, и вкусовые
достоинства их ухудшаются.
Некоторые
пищевые продукты с малым содержанием воды обладают способностью поглощать и
удерживать водяные пары из окружающей среды. Это свойство пищевых продуктов
называется гигроскопичностью.
Количество воды, которое способен поглотить продукт, зависит от влажности,
температуры, давления окружающего воздуха, химического состава и физических
свойств самого продукта, а также от
состояния его поверхности, вида и способен упаковки. Наиболее высокой
гигроскопичностью обладает сухое молоко, яичный порошок, сушеные овощи и плоды,
крахмал, мед, чай. Когда происходит максимально возможное увлажнение продукта
или отдача воды при данной относительной влажности воздуха, устанавливается
равновесное влагосодержание, при котором не происходит поглощение влаги
продуктами из окружающей среды, и из продуктов влага не переходит в окружающую
среду.
К питьевой
воде предъявляют определенные требования. Качество воды устанавливают по
прозрачности, цветности, вкусу, запаху, зараженности микроорганизмами и по
жесткости.
2. Минеральные
элементы
Человек
вместе с пищей получает различные
минеральные вещества. В продуктах они находятся в виде солей органических и
минеральных кислот, а также входят в состав сложных органических соединений. О
количестве минеральных веществ судят по количеству золы, оставшейся после
сжигания продукта. Поэтому минеральные элементы иначе называют еще зольными
элементами. Содержание минеральных веществ в пищевых продуктах следующее: в
сахаре – 0,03-0,05%, муке – 0,5-1,0%, в плодах и овощах – 0,3-1,8%, в рыбе и
мясе – 0,7-1,9%. Минеральные вещества необходимы человеку, т.к. участвуют в
образовании тканей организма – костей, нервных тканей и крови. Минеральные
элементы принимают активное участие в обмене веществ. Минеральные элементы по
их количественному содержанию в продуктах делятся на макроэлементы,
микроэлементы, ультрамикроэлементы. К макроэлементам относятся такие, которые
содержатся в продуктах в количестве более 1 мг%. Это калий, натрий, кальций,
магний, фосфор, хлор, железо, сера и др. (см. табл. 2). К микроэлементам относятся такие, содержание которых не
превышает 1 мг%. Это йод, фтор, медь,
цинк, мышьяк, бром, алюминий, хром, никель, кобальт и др. Содержание ультрамикроэлементов выражается в микрограммах на
Кальций входит в
состав костей и зубов человека. От его содержания в пище зависит нормальная деятельность
нервной системы и сердца, рост, устойчивость против инфекционных заболеваний.
Наибольшее количество солей кальция содержится в молоке, молочных продуктах,
также богаты кальцием хлеб, овощи,
желток яиц, бобовые. Организм человека лучше усваивает соли кальция при наличии
в пище витамина D. Усвоение кальция зависит также от соотношения содержания
кальция и фосфора, оптимальным является 1:1,5. Присутствие щавелевой кислоты,
которая образует с кальцием плохорастворимые соли,
наоборот, снижает его усвоение. Поэтому
щавель, шпинат, салат, несмотря на высокое содержание кальция, не являются его
источником. Суточная потребность организма в кальции -
Магний участвует в
ферментативных процессах в организме, необходим для нормальной деятельности нервной
и мышечной систем. Магний входит в состав костной ткани человека. Богаты
магнием бобовые, овсяная крупа, ржаной хлеб. Суточная потребность - 0,3-
Фосфор также входит в состав
зубов и костей человека в сочетании с кальцием. Он содержится в нервных тканях.
В организме человека имеет очень важное значение. Фосфор необходим для синтеза
сложных белков, фосфатидов, нуклеотидов. Фосфор
входит в состав АТФ, которой принадлежит
центральное место в процессах обмена веществ и энергии в организме. Калиевые
соли фосфорной кислоты образуют буферные системы крови и тканей. Наиболее
богаты фосфором рыба и рыбная икра, источником фосфора могут служить также
овощи, грибы, сыр, мясо, ржаной хлеб, бобовые. Суточная потребность –1,0-
Железо находится в мышцах и гемоглобине крови. Железо
способствует переносу кислорода к тканям, входит в состав ферментов, под
влиянием которых протекают окислительно-восстановительные
процессы. Большое количество железа содержится в мясе, печени, гречневой и
овсяной крупе, яичном желтке, много в ягодах. Железо, содержащееся в плодах и
ягодах, усваивается особенно хорошо. Человеку необходимо 15 мг железа в сутки.
Калий регулирует содержание воды в тканях, улучшает работу сердца.
Калий содержится в большом количестве в свежих овощах и плодах (баклажанах,
кабачках, томатах и др.), сушеных плодах и ягодах (кураге, черносливе).
Суточная потребность в калии – 2,5-
Натрий и хлор
содержатся в естественной пище в недостаточном количестве, поэтому их добавляют
к ней в виде поваренной соли. Натрий играет большую роль в обмене веществ,
поддерживает определенную реакцию крови и величину осмотического давления в
тканях. Хлор необходим для образования соляной кислоты, входящей в состав
желудочного сока. Суточная потребность –
Важную
роль в питании человека играют микроэлементы.
Микроэлементами богаты плодовые и овощные соки. Кобальт, медь, цинк в относительно больших количествах находятся
в желтке яйца, говяжьей печени, мясе, рыбе, картофеле, свекле, моркови; медь –
в раках, рыбе; йод – в морских рыбах, водорослях, крабах, моллюсках, яйцах,
луке, хурме, салате, шпинате. Потребность в микроэлементах очень мала. Она
определяется миллиграммами и долями миллиграмма в сутки. Например, суточная потребность
человека в микроэлементах следующая: цинк - 10- 15 мг, медь - 2 мг, йод – 2 мг.
Хотя потребность человека в микроэлементах мала, отсутствие их в пищевых
продуктах вызывает тяжелые заболевания. Это объясняется тем, что микроэлементы
участвуют в процессах образования различных тканей, в обменных реакциях, входят
в состав ферментов. Медь и кобальт участвуют в процессах образования крови,
марганец и фтор – в формировании костей и зубов, йод необходим для нормальной
деятельности щитовидной железы, для выработки гормона тироксина.
В
растительных и животных продуктах найдены почти все элементы, встречающиеся в
земной коре. Состав микроэлементов растительных и животных организмов зависит
от определенных участков поверхности земли. Количественный состав элементов в
растительных продуктах зависит от минеральных удобрений.
Говоря о
пользе и необходимости микроэлементов, нужно помнить, что они полезны в
ничтожно малых дозах. Взятые же в больших количествах, превышающих их
естественное содержание в пищевых продуктах, они являются сильными ядами.
Особенно ядовиты медь, цинк, мышьяк, свинец и их соединения. Соли меди, свинца
и олова могут попадать в продукты при их изготовлении в результате растворения
металлической аппаратуры кислотами пищевых продуктов. Соли меди, свинца и олова
принято называть солями тяжелых металлов.
Содержание солей тяжелых металлов в продукте строго ограничивается: не более 5
мг меди и 200 мг олова на
В товароведной практике содержание отдельных элементов определяется
сравнительно редко, главным образом при санитарном контроле или научных
исследованиях. Обычно определяют общую зольность продукта, выражая вес золы,
полученной при сжигании продукта, в процентах к массе навески. Определение
общей зольности не имеет целью определение пищевой ценности продукта.
Определение зольности производится для косвенной характеристики чистоты
продукта. Так, например, по зольности муки судят о содержании в ее составе
большего или меньшего количества отрубей, по зольности сахара или крахмала – о
степени очистки или отсутствии примесей. Поэтому зольность продуктов, как
правило, нормируется не более, т.е. не допускается повышение зольности сверх
установленной для каждого продукта нормы.
Кислоты
входят в состав многих пищевых продуктов и могут содержаться в них в свободном
состоянии, а также в виде солей. Они наряду с другими веществами придают вкус
продуктам и способствуют сохраняемости некоторых из
них. Кислоты могут быть составными частями естественных натуральных продуктов,
а также могут образовываться или добавляться в продукты в процессе их
переработки. Из органических кислот наиболее распространены в продуктах
растительного происхождения яблочная, лимонная, винная, щавелевая, в продуктах
животного происхождения - молочная. Из неорганических кислот в некоторых
продуктах содержится фосфорная кислота.
Кислотность
продуктов может нарастать при их изготовлении в результате ферментативных
процессов. Например, при квашении овощей и производстве кисломолочных продуктов
в результате молочнокислого брожения накапливается молочная кислота.
Кислотность некоторых продуктов повышают за счет внесения в них кислот,
например, уксусную добавляют при мариновании плодов, овощей, грибов, рыбы.
Лимонной кислотой подкисляют фруктовые напитки и карамельную массу. Кислотность
продуктов может резко возрастать при неправильном хранении. Например, в винах
может накапливаться уксусная кислота в результате уксуснокислого брожения (подкисание вина), возрастает кислотность муки в результате
расщепления фосфатидов.
Ежедневная потребность человека в
кислотах (
Лимонная кислота находится в цитрусовых плодах и овощах, обладает
приятным кислым невяжущим вкусом. В лимонах
содержится 6% кислоты, клюкве – 3%, апельсинах и землянике –1,3%. Лимонная
кислота применяется при производстве кондитерских и ликероводочных изделий,
газировании плодовоягодных напитков. Получают
лимонную кислоту из естественного сырья – лимонов и махорки, где ее содержание
составляет 10%. В промышленности лимонную кислоту получают сбраживанием
сахаристых растворов особыми плесневыми грибами, вызывающими лимоннокислое
брожение.
Яблочная кислота содержится в большинстве плодов и ягод, кроме
цитрусовых и клюквы. Особенно много в рябине (3%), яблоках (0,8%). От лимонной
кислоты отличается более резким вкусом.
Винная кислота содержится в
винограде (0,7%). При производстве виноградных вин она выпадает в осадок в виде
кислой калиевой соли (называемой винным камнем). Винная кислота имеет кислый
слегка вяжущий вкус, в незначительном количестве содержится в айве, ягодах и
косточковых плодах. В промышленности винную кислоту получают из винного камня.
Молочная кислота есть в значительных количествах в пищевых продуктах,
полученных путем молочнокислого брожения: простокваше, сметане, кефире от 0,7
до 1,5%; в соленых огурцах и квашеной капусте от 0,6 до 1,8%. Эта кислота
содержится в хлебе, квасе, мясе, рыбе. Она обладает приятным кислым вкусом и
способностью подавлять развитие гнилостных бактерий. В промышленности молочную
кислоту получают из сахара путем молочнокислого брожения.
Уксусная кислота в натуральных
продуктах почти отсутствует, но она образуется в результате действия
уксуснокислых бактерий, сбраживающих спирт в уксусную кислоту. Уксусная кислота
обладает острым кислым вкусом. Она используется в качестве приправы и
применяется при мариновании как консервирующее средство. Раствор уксусной
кислоты 6-9%-ной концентрации называют уксусом, который получают путем
сбраживания слабых растворов спирта уксуснокислыми бактериями; 80%-ный раствор кислоты называется уксусной эссенцией.
Концентрированную уксусную кислоту получают путем сухой перегонки дерева или из
ацетилена. Уксусная кислота содержится в плодовых и овощных соках, вине, томатопродуктах,
квашеных овощах и др.
Щавелевая кислота находится во многих растениях, в том числе в плодах и
ягодах в виде солей калия, кальция. Содержится в щавеле (0,7%), шпинате (до
0,2%) и др. Щавелевая кислота относится к сильнодействующим кислотам. При
употреблении ее в повышенном количестве нарушается обмен веществ и раздражается
слизистая оболочка.
Бензойная кислота
находится
в свободном и связанном виде в клюкве и бруснике (до 0,1%). Обладает сильным
бактерицидным действием, чем обуславливается хорошая сохраняемость
этих ягод. Бензойнокислый натрий и бензойную кислоту
используют как консервант в дозах 0,05-1% для сохранения плодового пюре.
Салициловая кислота
содержится
в малине и землянике (2- 3 мг в
Масляная кислота
находится
в прогорклом масле, сыре и придает им неприятный вкус и запах.
Янтарная кислота
входит
в состав неспелых ягод, также пива, вина, в последних образуется при спиртовом
брожении.
Фосфорная кислота встречается
почти во всех пищевых продуктах в виде кислых и средних фосфатов и связанной с
органическими веществами – в фосфатидах, фосфопротеидах. Фосфорная кислота и соединения, содержащие
ее в своем составе, играют огромную роль в обмене веществ.
К
углеводам относятся органические соединения, в состав которых входят углерод,
водород, кислород, причем два последних элемента находятся в таком же
соотношении, как в воде. Поэтому они получили свое название углеводы. Углеводы
синтезируются в зеленых частях растений в результате соединения элементов
углекислого газа, поступающего из воздуха, и воды, которую растение получает из
почвы. Реакция фотосинтеза протекает под действием энергии солнечного света и
при участии зеленого пигмента хлорофилла.
Углеводы
являются обязательной составной частью всех живых организмов. Наиболее
распространены углеводы в растительном мире, где они являются запасным
питательным материалом в виде крахмала, кроме того, они входят в состав опорных
и покровных тканей в виде клетчатки (см.табл. 3). До
80% сухих веществ растительной пищи человека приходится на долю углеводов.
Некоторые пищевые продукты почти полностью состоят из углеводов: сахар,
крахмал, патока, карамельные изделия. Значительно меньше углеводов в организме
животных, где они составляют не более 2% сухого веса тела. Однако для человека
и животных углеводы имеют большое пищевое значение, роль которых сводится к
следующему:
1.
Углеводы являются источником энергии. При 100%-ном усвоении
2.
Углеводы необходимы для нормального окисления жиров и белков.
При отсутствии углеводов или при нарушении углеводного обмена окисление жиров
идет не до воды и углекислого газа, а останавливается на стадии образования
промежуточных продуктов окисляющихся веществ.
3.
Полисахариды необходимы для защиты организма от инфекции, для
регулирования ферментативных процессов.
Поэтому
углеводы являются одной из главных составных частей питания людей. Взрослый
человек должен получать с пищей ежедневно в среднем
Свойства
углеводов и их превращения имеют большое
значение при хранении и производстве пищевых продуктов. Во время хранения плодов и овощей происходит потеря массы в
результате расхода углеводов на процессы дыхания. Превращения пектиновых
веществ обуславливают изменение консистенции плодов и сигнализируют об их
зрелости.
Углеводы,
которые находятся в пищевых продуктах, в зависимости от строения молекулы
подразделяется на три класса:
1.
Моносахариды – углеводы, в молекулы которых
входит три, четыре, пять или шесть атомов углерода. Их называют также
простые сахара или монозы. Моносахариды представляют собой основные структурные
единицы, из которых образуются сложные углеводы.
2.
Олигосахариды – углеводы, в молекулы которых входят от двух до шести остатков
моносахаридов. Они называются дисахаридами, трисахаридами;
имеют также общее название – сахароподобные сложные
углеводы. Моносахариды и олигосахариды имеют сладкий вкус, поэтому их называют
сахарами.
3.
Полисахариды – углеводы, в состав которых входит значительное количество
остатков моносахаридов. Они называются также несахароподобными
сложными углеводами (рис. 1).
Моносахариды. Из моносахаридов в пищевых продуктах встречаются
пентозы и гексозы. Триозы и тетрозы
встречаются как промежуточные продукты распада более сложных углеводов.
Пентозы имеют общую формулу C5H10O5.
Пентозы в свободном виде редко встречаются в растениях. Они широко
распространены в природе в составе сложных соединений – пентозанов.
Представителями пентоз являются арабиноза, ксилоза, рибоза и дезоксирибоза.
Арабиноза встречается в составе слизей, гемицеллюлоз,
пектиновых веществ растений. Ее получают при гидролизе вишневого клея и
свекловичного жома.
Ксилоза встречается в составе растительных слизей, но особенно
много ее содержится в соломе, древесине, кукурузных початках. Используется в
кондитерской промышленности.
Рибоза и дезоксирибоза встречаются в сложных
белковых соединениях. Они встречаются также в составе нуклеиновых кислот
ядерного вещества клеток и играют важную роль в процессах деления клеток и
синтеза белковых веществ в них.
Гексозы. Гексозы имеют общую формулу
С6Н12О6. К ним относятся глюкоза, фруктоза,
галактоза, манноза, сарбоза.
Гексозы в пищевых продуктах находятся преимущественно в Д-форме, ациклической
(альдегидной или кетонной) и циклической (пиранозной или фуранозной)
формах. Каждая из циклических форм встречается в виде изомеров a или b. При окислении первичной спиртовой группы из гексоз
образуются уроновые кислоты: из глюкозы – глюкуроновая, галактозы – галактуроновая.
Уроновые кислоты в растениях участвуют в синтезе
пектина, сложных полисахаридов.
Глюкоза, или виноградный сахар,
является самым распространенным из моносахаридов, содержится в меде – 36%,
плодах и овощах – 0,4-7%, крови человека и животных - 0,1%. Глюкоза играет
важную роль в обмене веществ, участвует в образовании полисахаридов,
гликозидов. Она сбраживается дрожжами. Глюкоза изготавливается в больших
количествах путем кислотного гидролиза картофельного или кукурузного крахмала и
составляет главную массу патоки, широко применяемой в кондитерском
производстве.
Фруктоза – левулеза или плодовый
сахар. Фруктоза широко распространена в природе, главным образом в плодах,
поэтому и получила название плодового сахара. Особенно много фруктозы
содержится в меде (35%). Фруктоза гораздо слаще других сахаров. Она входит в
состав сахарозы, а также многих высокомолекулярных полисахаридов, образующих при гидролизе
фруктозу. В промышленности получают гидролизом полисахарида инулина.
Галактоза является одним из
моносахаридов. В организме человека галактоза встречается в составе сложных
липидов мозга, в составе молока в виде молочного сахара. Галактоза входит также
в состав растительных тканей, агар-агара, употребляемого в кондитерской промышленности,
различных слизей, гемицеллюлоз.
Олигосахариды (полисахариды первого
порядка). Эта группа представлена в основном в пищевых продуктах дисахаридами с
формулой С12Н22О11 – это сахароза, мальтоза,
лактоза, трегалоза, целлабиоза,
состоящие из двух молекул моносахаридов, и трисахариды
– рафиноза, трифруктозан.
Сахароза широко распространена в
растениях, в их стеблях, корнях, клубнях и плодах. Благодаря наличию сахарозы в
клубнях сахарной свеклы ее используют для изготовления свекловичного сахара.
Сахарозу получают из сахарного тростника (тростниковый сахар). Молекула
сахарозы состоит из остатков глюкозы и фруктозы, соединенных между собой по
типу простого эфира за счет гидроксилов глюкозы и фруктозы. При нагревании
раствора сахарозы с кислотами, а также под действием фермента сахаразы
происходит ее расщепление или инверсия. Образующаяся в результате инверсии
смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным
сахаром. Инвертный сахар более сладкий, чем сахароза,
менее способен к кристаллизации, очень гигроскопичен. Он вводится в состав
многих кондитерских изделий для предупреждения засахаривания (в варенье), в
тесто – для замедления черствения хлеба.
Мальтоза или солодовый сахар в
свободном виде встречается редко. Как составная часть патоки мальтоза входит в
состав продуктов карамельного производства. Содержится в большом количестве в
солоде, пивном сусле, образуется при солодировании
зерна, образуется из крахмала под действием фермента амилазы. При кислотном или
ферментативном гидролизе мальтоза расщепляется на две молекулы глюкозы.
Лактоза – единственный дисахарид,
продуцируемый животным организмом и входящий в состав молока. Под действием
фермента лактазы гидролизуется
в глюкозу и галактозу. Молочнокислые бактерии сбраживают
лактозу, на этом основано приготовление различных кисломолочных продуктов.
Трегалоза содержится в грибах, дрожжах, состоит из двух остатков
глюкозы.
Различные
сахара обладают различными вкусовыми свойствами. Если принять интенсивность
сладкого вкуса сахарозы за 100 ед., то остальные сахара могут иметь следующую
степень сладости: фруктоза – 173, инвертный сахар –
130, глюкоза – 74, мальтоза и галактоза – 32, лактоза – 16.
Полисахариды второго порядка или несахароподобные
сложные углеводы. К полисахаридам второго порядка относятся гексозаны,
состоящие из остатков гексоз, и пентозаны,
образованные остатками пентоз. К гаксозанам относятся
крахмал, гликоген, инулин, целлюлоза, галактан, маннан; к пентозанам – арабан и ксилан. Полисахариды галактан, маннан, арабан и ксилан объединяют в
группу гемицеллюлоз, т.к. они сопутствуют целлюлозе. Характерным свойством для
всех полисахаридов второго порядка является то, что они гидролизуются
под действием кислот до моносахаридов.
Крахмал не является химически
индивидуальным веществом. В растениях он находится в виде крахмальных зерен,
различающихся по своим свойствам и химическому составу как в одном и том же
растении, так и в различных растениях. Крахмальные зерна имеют овальную,
сферическую или неправильную форму. Размеры
крахмальных зерен колеблются в пределах от 0,002 до
Крахмал на 96,1 – 97,6% состоит из
полисахаридов, образующих при кислотном гидролизе глюкозу. Содержание
минеральных веществ в крахмале - от 0,2 до 0,7%, они представлены в основном
фосфорной кислотой. В крахмале найдены также некоторые высокомолекулярные
жирные кислоты – пальмитиновая, стеариновая и другие, содержание которых
составляет 0,6%. Углеводная часть крахмала состоит из полисахаридов двух типов,
различающихся по своим физическим и химическим свойствам, – амилозы и
амилопектина.
Наиболее
богаты крахмалом зерна злаков – 60 –75%, бобовые – 50 - 60%, картофель – 12 – 25%, а также продукты
их переработки: крахмал – 80 - 87%, мука – 70 – 78%, крупа 69 – 80%. Крахмал
содержится в несозревших плодах, при дозревании плодов крахмал переходит в
сахар. В промышленности крахмал получают из картофеля и зерен хлебных злаков.
Его используют при производстве патоки, глюкозы, колбасных изделий,
кондитерских изделий, спиртов, глицерина, молочной и лимонной кислот, в
кулинарии.
Гликоген – полисахарид, содержащийся
в тканях тела человека и животных, грибах и дрожжах, в зернах сахарной
кукурузы. Играет важную роль в превращениях углеводов в животном организме и
дрожжах при спиртовом брожении. При кипячении с кислотами образует глюкозу.
Гликоген растворяется в горячей воде. От йода окрашивается в красный,
коричневый, реже – фиолетовый цвет. По строению гликоген сходен с амилопектином,
хотя отличается от него большей молекулярной массой. Гликоген иначе называется
животным крахмалом, накапливается в животных тканях, особенно в печени (до 20%)
и в мышцах (до 4%) в качестве резервного материала, который используется
организмом при работе. Ферментативное превращение гликогена в мышцах мяса после
убоя животного происходит через стадию образования фосфорсодержащих
органических соединений и глюкозы, затем последняя превращается в молочную
кислоту. Это наряду с другими ферментативными процессами имеет большое значение
для созревания мяса: мясо приобретает новые физико–химические свойства и
становится пригодным для кулинарной обработки.
Инулин – высокомолекулярный
углевод, растворимый в воде. При гидролизе с помощью кислот образует фруктофуранозу и небольшое количество глюкопиранозы.
Содержится в большом количестве в клубнях земляной груши и георгина, в корнях
одуванчика, цикория, в артишоках. В этих растениях инулин заменяет крахмал.
Растения, содержащие инулин, используются для получения фруктозы путем
кислотного гидролиза инулина. Инулин легко усваивается в организме человека и
животных. В медицине его используют как заменитель сахара и крахмала в пище
больных диабетом.
Клетчатка (целлюлоза) – полисахарид, составляющий
главную массу клеточных стенок растений. Клетчатка нерастворима в воде, она
лишь набухает в ней. Клетчатка составляет более 50% древесины. В волокнах
хлопка она составляет более 90%. При кипячении с крепкой серной кислотой
клетчатка превращается в глюкозу. Молекулярная масса клетчатки точно не
установлена. Полагают, что клетчатка не является индивидуальным веществом, а
представляет собой смесь гомологичных веществ. С помощью рентгеноструктурного
анализа установлено, что молекулы клетчатки имеют нитевидную форму. Эти
нитевидные молекулы соединяются в пучки – мицеллы. Мицеллы объединены в волокна
водородными связями. Поэтому целлюлоза обладает большой механической
прочностью. В плодах и овощах целлюлозы находится 0,3 – 3%, пшене – 0,8%, зерне
пшеницы – 2%, зерне ячменя – 4,5%. Целлюлоза не переваривается в
желудочно–кишечном тракте человека. Она переваривается жвачными животными, в
желудке которых имеются особые бактерии, гидролизующие
клетчатку с помощью выделяемого ими фермента – целлюлазы.
Для человека целлюлоза питательной ценности не имеет, но она усиливает
перистальтику кишечника и способствует продвижению пищи.
Гемицеллюлозы – под этим названием
объединяют большую группу высокомолекулярных полисахаридов, которые вместе с
целлюлозой входят в состав оболочек растительных клеток. От целлюлозы они
отличаются тем, что легко гидролизуются разбавленными
кислотами. К гемицеллюлозам относятся гексозаны – галактаны, маннаны, которые при
гидролизе дают галактозу и маннозу, и пентозаны – арабан и ксилан, при гидролизе которых образуется арабиноза и
ксилоза. Гемицеллюлозы содержатся в значительном количестве в одеревеневших
частях растений: соломе, семенах, орехах, древесине, кукурузных початках. Для
растений гемицеллюлозы выполняют роль как строительного материала, так и
питательных веществ.
Азотистыми
называют вещества, в составе которых, кроме углерода, водорода и кислорода,
содержится азот. Они подразделяются на белки и небелковые азотистые соединения
(аминокислоты, амиды кислот, амины, аммиак, нитриты и др.). В пищевых продуктах
преобладают белки.
Белки
Среднее
содержание белков в пищевых продуктах следующее: в сое – 33-44%, икре рыб –
26%, сыре – 18-25%, мясе – 14- 21%, рыбе 13-18%, яйцах – 12,5%, пшенице –
10-18%, пшеничном хлебе – 7,8%, молоке – 3%, плодах и ягодах – 0,2-1,5%, овощах
– 0,5-6,5%. Специфические свойства и
пищевая ценность различных белков определяются их строением и аминокислотным
составом.
Белки –
самая важная и самая незаменимая часть пищи. В жизни человека белки играют
совершенно особую, исключительную роль, т.к. почти все ткани человеческого
организма – кровь, мышцы, лимфа, покровные и другие ткани состоят из белковых
веществ. В процессе жизнедеятельности происходит непрерывное разрушение тканей
и веществ человеческого организма и такое же непрерывное их восстановление.
Человек и животные не способны синтезировать белки из неорганических азотистых
веществ. Они лишь перерабатывают и изменяют белки, образованные растениями.
Поэтому единственным источником для
обновления белков в организме человека являются белки пищи. Они не могут быть
заменены ни углеводами, ни жирами. В отличие от углеводов и жиров, в основном
являющихся энергетическим материалом, белок является строительным материалом. В
том случае, если белок находится в избыточном количестве, он используется
организмом наряду с углеводами и жирами для получения энергии. Средняя
практическая калорийность белковых веществ составляет 4,0 ккал на
Молекулярный
вес белков достигает до 1 млн и выше. Белки состоят из аминокислот. Наиболее
часто в пищевых продуктах встречается около 22 аминокислот. Аминокислоты
соединяются между собой пептидной связью. Различают первичную, вторичную, третичную и
четвертичную структуру белков. Последовательность аминокислотных остатков в
полипептидной цепочке белка называют первичной структурой белка. Молекулы
некоторых белков состоят из одного гигантского полипептида. Но чаще встречаются
белки, молекулы которых состоят из нескольких полипептидов. Соединяясь друг с
другом в результате различных связей, полипептидные цепи образуют вторичную
структуру белка в виде спирали. Связи между соседними полипептидными цепями, а
также при свертывании одной полипептидной цепи могут осуществляться за счет
свободных гидроксильных групп (ОН), сульфгидрильных (SH), карбоксильных (СООН),
аминных групп (NH2). Полипептидную
цепочку, которая имеет спиралевидную структуру, можно по-разному упаковывать в
каком–то объеме пространства. Способ укладки полипептидной молекулы в
пространстве получил название третичной структуры. При образовании комплекса из
двух или большего количества белков создается четвертичная структура белков.
В
зависимости от укладки пептидных цепей в молекулах различают белки глобулярные
и фибриллярные. Белки, имеющие форму сильно скрученной сферической или
эллиптической спирали, называются глобулярными, они находятся в молоке,
сыворотке крови. Нитевидные, волокнистые белки в виде развернутой спирали,
называют фибриллярными, они встречаются в мышцах, сухожилиях.
Таким
образом, белки состоят из аминокислотных остатков, связанных между собой
пептидными связями и образующих полипептидные цепочки, которые благодаря дисульфидным, водородным и ионным связям располагаются в пространстве
определенным образом, образуя при данных условиях так называемую нативную структуру или нативную конформацию.
Все белки
разделяют на две большие группы: протеины или простые белки, в состав которых
входят лишь остатки аминокислот, и протеиды или сложные белки, которые являются
соединением простого белка – протеина с каким–либо веществом небелковой
природы. В свою очередь протеины и протеиды подразделяются на ряд подгрупп по
характеру их растворимости (рис.2).
Протеины
Альбумины – это белки, растворяющиеся в
воде. Из водных растворов альбумины хорошо высаливаются при насыщении солями, а
при кипячении выпадают в виде сгустков денатурированного белка. Альбуминов
сравнительно много в яйце, в молоке, крови, зародышах зерен злаков, гречихе,
бобовых.
Глобулины нерастворимы в
чистой воде, но растворяются в водных растворах различных солей. Чаще всего в
качестве растворителя при извлечении глобулинов из различных объектов
пользуются теплым 10% -ным раствором хлористого
натрия. При более высокой концентрации солей в растворе глобулины высаливаются,
при нагревании – свертываются. Ими богаты бобовые (горох, фасоль, соя).
Глобулины содержаться в молоке, крови, мясе, картофеле.
Проламины – эта группа белков
характерна исключительно для семян злаков и отличается наилучшей растворимостью
в 60–80%-ном водном этиловом спирте. Название “проламины”
предложено вследствие образования при их гидролизе значительного количества
аминокислоты пролина и аммиачного азота. Проламины незначительно растворяются в воде. Они найдены в
семенах всех без исключения до сих пор исследованных злаков. Известны следующие
проламины: глиадин в
пшенице и ржи, гордеин в ячмене, зеин
в кукурузе.
Глютелины – они содержатся в семенах
злаков, а также в зеленых частях растений. Растворимы только в 0,2%-ных растворах щелочей. Из хорошо изученных глютелинов можно назвать следующие: глютенин
пшеницы, оризенин риса и глютелины
кукурузы, ячменя и овса. При замесе пшеничной муки с водой глютенин
и глиадин пшеницы образуют клейковину, от количества
и качества которой зависит пористость хлеба.
Протамины – встречаются только в икре и молоках рыб.
Характерная особенность протаминов – их незначительная молекулярная масса, не
превышающая 10000. Они состоят на 80% из щелочных аминокислот: аргинина,
гистидина, вследствие чего они обладают ярко выраженными щелочными свойствами.
Протамины не содержат серы.
Гистоны – это также щелочные белки, но у них щелочность
выражена слабее, чем у протаминов, т.к. они содержат меньше щелочных
аминокислот (20 – 30%). Гистоны содержатся в хромосомах клеточных ядер.
Встречаются в белках мяса.
Протеноиды – нерастворимые
фибриллярные белки, они не гидролизуются
пищеварительными ферментами. К ним относятся: эластин, белок, входящий в состав
соединительной ткани; оссеин – белок костной ткани; кератин – белок волос,
эпидермиса. Характерная особенность протеноидов –
высокое содержание в них серы.
Протеиды или сложные белки представляют собой соединения белка
с веществом небелковой природы, которое называют простетической
группой. В зависимости от химической природы простетической
группы различают липопротеиды, хромопротеиды,
гликопротеиды, нуклепротеиды и фосфопротеиды.
В липопротеидах роль простетической
группы играют жиры и различные жироподобные вещества – липоиды. Они растворимы
в воде, находятся в яичном желтке, плазме животных клеток, нервной ткани,
входят в состав пластид растительных клеток.
Хромопротеиды – сложные белки, которые
включают окрашенные простетические группы, содержащие
железо, магний, медь. Типичным представителем группы хромопротеидов
является гемоглобин крови, в нем белок глобин связан с простетической
группой, которая носит название гем и является
сложным азотистым соединением, содержащим железо. Хлорофилл растений является
магнийсодержащим хромопротеидом. К медьсодержащим хромопротеидам относятся гемоцианины,
входящие в состав крови моллюсков, ракообразных. Гемоцианины
окрашены в голубой цвет и участвуют в переносе кислорода к тканям.
Гликопротеиды – роль простетической
группы в них играет углевод, связанный с остатками аминокислот. К
гликопротеидам относятся муцины и мукоиды. Они входят в состав слизистых
выделений животных, костей, хрящей, пищеварительных соков. Они трудно поддаются
действию ферментов. Они обволакивают слизистую оболочку пищеварительного тракта
и облегчают прохождение пищи.
Фосфопротеиды – белки, в которых
аминокислоты соединены с фосфорной кислотой. По своим свойствам они близки к
протеинам, ценны в пищевом отношении. К ним относятся вителлин яичного желтка, ихтулин икры рыб, казеин творога.
Особенно важной
группой сложных белков являются нуклепротеиды,
играющие первостепенную роль в жизнедеятельности организма, в явлениях
наследственности. Они содержатся в особенно большом количестве в клеточных
ядрах. В нуклепротеидах белки связаны с нуклеиновыми
кислотами РНК и ДНК.
Отдельные
белки различаются между собой по аминокислотному составу, т.е. по количеству
образующихся из них при гидролизе аминокислот. Пищевая ценность различных
белков зависит от аминокислотного состава. В состав белков входит 22 аминокислоты.
Зеленые растения могут синтезировать все аминокислоты. Восемь аминокислот не
могут синтезироваться в организме животного и человека и поэтому называются
незаменимыми. К ним относятся: триптофан, фенилаланин,
метионин, лизин, валин, треонин,
изолейцин, лейцин. Для детского организма необходима еще девятая аминокислота –
гистидин. Отсутствие любой из этих аминокислот в пище вызывает серьезные
заболевания организма. В таблице 4 приведены сведения об аминокислотном составе
мяса крупного и мелкого рогатого скота.
Белки,
содержащие в своем составе все необходимые для человека незаменимые
аминокислоты, считаются полноценными. Белки,
в которых отсутствует одна или несколько незаменимых аминокислот,
являются неполноценными.
Оптимальная
суточная потребность белков составляет для взрослого человека 100-
Небелковые азотистые соединения
К небелковым веществам относятся аминокислоты, аммиак и его
производные, пуриновые азотистые основания, амиды кислот, нитраты, нитриты,
алкалоиды.
Аммиак и его производные находятся в продуктах в
незначительном количестве. Повышенное их содержание свидетельствует о
гнилостном распаде белков. К производным аммиака относятся моноамины, диметиламины и триметиламины, обладающие специфическим
запахом.
Пуриновые азотистые основания – аденин,
гуанин, ксантин, гипоксантин образуются при гидролизе
нуклеиновых кислот, содержатся в мышцах животных и рыб, чае, дрожжах, тканях
мозга. Они имеют большое биологическое значение.
Амиды кислот являются производными жирных кислот. Амид аспарагин находится в капусте и спарже. Амид мочевина содержится в мясе акул и скатов и придает их
мясу неприятный запах.
Нитриты добавляют в мясо при производстве колбасных изделий,
мясных копченостей для сохранения розово–красной окраски готовых продуктов.
Нитриты обладают высокой токсичностью, поэтому их количество при производстве
мясных изделий строго нормируется. В мясной колбасный фарш добавляется раствор
нитрита из расчета не более 0,005% массы мяса. При повышенном содержании
нитритов в продуктах образуются нитрозамины,
оказывающие токсическое и канцерогенное действие на организм человека.
Нитраты в качестве естественного соединения пищевых продуктов
встречаются в незначительных количествах. Значительное содержание нитратов в
крапиве, тыкве, кабачках. Ненормированное использование азотных удобрений
вызывает накопление нитратов в плодоовощной продукции.
Алкалоиды – группа физиологически активных соединений, имеющих
гетероциклическое строение. К ним относятся: никотин, кофеин, теобромин.
Никотин находится в листьях табака и махорки; кофеин – в листьях чая и зернах
кофе; теобромин – в какао–бобах. Острый, жгучий вкус продуктам придают
алкалоиды синигрин (в хрене и семенах горчицы),
пиперин (в горьком перце).
Жиры и
жироподобные вещества, называемые липоидами, объединят в одну группу – липидов.
Общее свойство липидов – гидрофобность и нерастворимость в воде. Гидрофобность
– неспособность поглощать воду. Вещества этой группы различны по химической природе, но все они
растворяются в органических растворителях: эфире, бензине, бензоле, хлороформе.
К липидам относятся жиры, фосфатиды (фосфолипиды), стериды, стерины, воска. В пищевых продуктах из липидов
преобладают жиры.
Жиры
Жиры
широко распространены в природе, они содержатся в каждой клетке растительного и
животного организма. Особенно богаты ими семена растений, из животных продуктов
– мозг и подкожная клетчатка. В различных пищевых продуктах содержание жиров
неодинаково: свежие плоды содержат менее 1% жира (0,5%), молоко коровье – до
5%, буйволиное – до 12%, рыба – от 0,4 до 54%,
свинина – 40%, семена подсолнечника – до 55%, сливочное масло – 84%, топленое
масло – 99%, растительное масло – 99,9%.
Жиры имеют
большое значение в питании человека. Они выполняют роль энергетического
резерва. При полном усвоении
По
химическому строению жиры представляют собой смесь сложных эфиров трехатомного
спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот.
К жирным кислотам, наиболее часто входящим в состав жиров,
относятся: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая
и линоленовая. Все жирные кислоты, входящие в состав жиров, делятся на две
группы: насыщенные, т.е. не содержащие двойных связей, и ненасыщенные или
непредельные, содержащие двойные связи. Жиры не являются индивидуальными
веществами, а являются смесями
триглицеридов. Триглицериды могут быть однокислотными
и разнокислотными. Однокислотные
глицериды встречаются сравнительно редко. Подавляющее большинство жиров состоит
из смеси разнокислотных глицеридов. Физические и
химические свойства жиров зависят главным образом от жирных кислот. Химически
чистые глицериды насыщенных кислот твердые при обычных температурах, белого
цвета, а глицериды непредельных ненасыщенных кислот – жидкие, бесцветные и
прозрачные, большинство из них не имеет ни запаха, ни вкуса.
Жиры, полученные из
растительных и животных тканей, обычно содержат 95-98% глицеридов, 1-2% свободных жирных кислот и
столько же фосфатидов и стеринов, различные пигменты
(хлорофилл, каротин), ароматические вещества, обусловливающие цвет,
специфический аромат отдельных видов жиров.
Растительные жиры или
масла богаты непредельными жирными кислотами, поэтому в подавляющем большинстве
случаев они являются жидкими при обыкновенной температуре. Например, оливковое
масло представляет в основном триолеат, т.е. в нем
все гидроксильные группы связаны с остатками олеиновой кислоты. Животные жиры
при обыкновенной температуре – твердые, т.к. содержат главным образом
насыщенные жирные кислоты. Например, говяжье сало состоит в основном из
глицеридов пальмитиновой и стеариновой кислот.
Классификация жиров
осуществляется по их происхождению, физическим и химическим свойствам. Все жиры
в зависимости от природы сырья делятся на 2 группы: растительные и животные. В
зависимости от консистенции при
температуре 20оС жиры каждой группы делятся на подгруппы жидкие и
твердые. Растительные жиры или масла в основном жидкие. К твердым растительным
относятся масло какао, кокосовое и пальмовое масло. Жидкие жиры в зависимости
от свойств делят на невысыхающие (оливковое, миндальное и др.), полувысыхающие
(подсолнечное, хлопковое) и высыхающие (льняное, конопляное, маковое). Животные
жиры в основном твердые, но есть и жидкие. К жидким животным жирам относятся
копытный жир и жиры морских животных и
рыб (рыбий жир, жир китовых). Твердые
животные жиры представлены говяжьим, бараньим, свиным жиром, коровьим
маслом.
Усвояемость жира
зависит от температуры его плавления. Чем выше температура плавления жира, тем
он труднее усваивается. По усвояемости жиры делят на 3 группы:
1)
с температурой плавления ниже 37оС, усвояемость
составляет 98%, к ним относятся все жидкие растительные жиры, жиры птицы и
рыбы;
2)
с температурой плавления
от 37 до 50оС, усвояемость жира 90%, относится тканевый жир
крупного рогатого скота;
3)
с температурой плавления выше 50оС, такие жиры
плохо усваиваются (бараний жир).
Жиры легче воды, нерастворимы в воде, растворяются в
органических растворителях.
Липоиды
Из
липоидов в пищевых продуктах находятся фосфатиды,
стерины и воска.
Фосфатиды или фосфолипиды – это
эфиры, образованные глицерином, жирными кислотами, фосфорной кислотой и
азотистым основанием. Из азотистых оснований наиболее распространены холин и коламин.
Фосфоглицериды,
состоящие из остатков глицерина, жирных кислот, фосфорной кислоты и холина,
называют лецитинами. Фосфоглицериды, в состав которых
вместо холина входит остаток коламина, называют кефалинами.
Фосфатиды
образуют с водой эмульсии и коллоидные растворы, легко гидролизуются,
являются поверхностно активными веществами. В продуктах животного происхождения
фосфатидов находится больше, чем в растительных.
Наиболее богаты ими яичный желток (до
10%), мясо, мозги (2,5-3%). Фосфатиды играют важную
роль в процессах роста и развития организма человека, входят в состав всех его
тканей и клеток. Холин, входящий в состав фосфатида
лецитина, препятствует отложению жира в печени.
Стерины – это высокомолекулярные
одноатомные ароматические спирты. С жирными кислотами они образуют эфиры,
называемые стеридами. Стерины животных продуктов
называют зоостеринами. Стерины растительных продуктов
называют фитостеринами. В дрожжах, грибах содержится эргостерин.
Стерины под действием ультрафиолетовых лучей могут превращаться в витамин D.
Стерины и стериды сопутствуют жирам и находятся в
растительных маслах до 0,6%, животных жирах до 0,07%, яичном желтке до 1,6%. Из
зоостеринов наибольшее значение для человеческого
организма имеет холестерин. Он входит в состав клеток организма человека,
используется человеком для образования ряда биологически активных веществ:
гормонов, желчных кислот. Холестерин поступает в организм вместе с пищей
животного происхождения, но может
синтезироваться и организмом человека. При увеличении содержания
холестерина в организме происходит нарушение обмена веществ. Холестерин
откладывается на стенках кровеносных сосудов, это приводит к атеросклерозу.
Если же холестерин накапливается в желчи, то это приводит к желчекаменной
болезни.
Воска представляют собой
жироподобные вещества, твердые при обычной температуре. Это сложные эфиры,
образованные жирными кислотами и высокомолекулярными одноатомными спиртами
жирного и реже ароматического ряда. Природные воска содержат также некоторое
количество свободных жирных кислот и высокомолекулярных спиртов, а также
углеводородов парафинового ряда. Воска покрывают тонким слоем листья, стебли,
стволы, плоды растений. Восковой налет на плодах винограда, яблок, груш и слив
предохраняет их от смачивания водой, высыхания и поражения микроорганизмами.
Опыты показали, что удаление воскового слоя с поверхности плодов приводит к
тому, что они гораздо быстрее подвергаются порче при хранении. К воскам животного
происхождения относятся пчелиный воск, воск, содержащийся в овечьей шерсти.
Все разнообразные и
многочисленные биохимические процессы,
протекающие в живом организме, связанные с
обменом веществ, ростом и развитием, совершаются при участии ферментов
или энзимов. Ферменты – это биологические
катализаторы, синтезируемые живыми клетками и регулирующие скорость и
специфичность реакций, протекающих в организме. Ферменты были открыты в
Ферменты являются
веществами белковой природы. По своей
химической природе они подразделяются на однокомпонентые
ферменты, которые состоят только из белка, обладающего ферментативными
свойствами, и двухкомпонентные, состоящие из белка, соединенного с небелковой
частью, называемой простетической группой или
коферментом. В состав коферментов входят витамины группы В, РР и др.,
нуклеотиды, атомы железа, меди и др. Активной частью двухкомпонентных ферментов
является небелковая часть. К однокомпонентным ферментам относятся уреаза семян сои, амилаза солода и др. К двухкомпонентным
ферментам относится большое количество разнообразных ферментов – каталаза, карбоксилаза.
Свою активность ферменты проявляют не только в живых клетках,
но и будучи выделенными из них. Так как в состав ферментов входит белковая
часть, то они обладают свойствами, характерными для белков: образуют гели, при
нагревании и добавлении солей тяжелых металлов денатурируют, являются
амфотерными электролитами, высаливаются при добавлении в раствор нейтральных
солей. Ферменты широко используют в производстве пищевых продуктов. Технология
чая, вина, печеного хлеба, пива, спирта и многих других товаров имеет в своей
основе ферментативные процессы. Ферменты играют первостепенную роль при
созревании мяса, хранении зерна, муки, крупы, плодов, овощей и ряда других
продуктов.
Несмотря на большое
многообразие ферментов, они обладают некоторыми общими характерными свойствами:
специфичность действия, высокая каталитическая активность, зависимость
активности фермента от условий среды.
Специфичность действия
ферментов выражается в том, что каждый фермент катализирует только определенные
превращения веществ определенного строения и не действует на другие вещества.
Например, сахараза вызывает гидролиз сахарозы и не действует на другие
дисахариды. Многие ферменты в зависимости от их состояния и внешних условий
могут катализировать противоположное направление реакции, например, фермент
липаза катализирует расщепление глицеридов на глицерин и жирные кислоты, и
одновременно – синтез глицеридов из глицерина и свободных жирных кислот.
Активность ферментов во
много раз превышает активность неорганических катализаторов, причем
ферментативные реакции протекают с минимальной затратой энергии. Так, для
расщепления белков до аминокислот с помощью 25% - ной серной кислоты при
кипячении необходимо 20 часов, а под действием фермента трипсина в организме
человека этот процесс происходит за 2 – 3 часа. Ферменты в ничтожных дозах
способны катализировать большое количество вещества, например, одна часть
фермента сахаразы катализирует 200000 частей сахарозы.
Активность фермента
зависит от внешних условий: температуры, влажности, концентрации водородных
ионов, присутствия в среде активаторов или ингибиторов ферментов, а также от
состояния вещества, на которое воздействует фермент. Одним из важнейших
условий, определяющих активность ферментов, является температура. По мере
повышения температуры возрастает до известного предела начальная скорость
ферментативной реакции. Однако при достижении определенного предела дальнейшее
повышение температуры вызывает разрушение различных ферментов. В связи с этим
оптимальная температура для разных ферментов различна и в известной мере
является характеристикой для каждого фермента. Уровень температуры, вызывающей
разрушения различных ферментов, неодинаков, и по этому показателю ферменты
делятся на две группы – термолабильные и термостабильные. Термолабильные
переносят кратковременное нагревание до 40 – 50оС, при более высокой
температуре они инактивируются. Термостабильные переносят нагревание до 70оС.
При 80 -90 0С почти все ферменты необратимо разрушаются. Для
большинства ферментов благоприятной является температура 30-50оС.
При низких температурах активность ферментов резко понижается. При низких
температурах ферменты действуют, если не вся вода продукта превратилась в лед.
Кислотность оказывает
исключительно большое влияние на ход энзиматических
процессов. Для каждого фермента существует оптимальное значение рН. Для одних
ферментов оно лежит в кислой зоне – пепсин рН 2,0; для других в щелочной среде
– трипсин рН 8,5.
На активность ферментов
влияет и присутствие в среде ряда химических веществ. Одни из них повышают
активность – это активаторы. К активаторам относятся некоторые соли, например NaCl для слюнной амилазы. Активаторами могут служить
некоторые органические вещества, например, витамины. Ингибиторами ферментов
являются соли тяжелых металлов, синильная кислота и ее соли, антибиотики.
В настоящее время
известно свыше 2000 различных ферментов. Их классификация основана на характере
их действия на вещество. Ферменты делятся на шесть основных классов: гидролазы,
оксидоредуктазы, трансферазы,
лиазы, изомеразы, лигазы (рис. 3).
Гидролазы – ферменты, катализирующие расщепление различных сложных
органических соединений при участии воды на более простые. Подобное расщепление
называют гидролизом, а соответствующие ферменты – гидролазами. К гидролазам относятся
карбогидразы, эстеразы,
протеазы, амидазы. Карбогидразы – это ферменты,
вызывающие гидролиз углеводов. Карбогидразы в свою
очередь делятся на полиазы и олигазы.
Полиазы – это ферменты, гидролизующие
полисахариды – крахмал, инулин, гликоген. Олигазы гидролизуют ди-, трисахариды и глюкозиды. К полиазам
относятся амилазы, целлюлаза, инулаза,
протопектиназа. Олигазы
представлены мальтазой, сахаразой, лактазой. Эстеразы – ферменты,
катализирующие гидролиз сложных эфиров, к ним относятся липаза, фосфотаза, пектаза. К протеазам
относятся ферменты, катализирующие гидролиз белков и продуктов их распада –
полипептидов. К ним относятся ферменты трипсин и пепсин, пептидазы, дипептидазы. Амидазы катализируют гидролиз амидов с
образованием аммиака и кислоты.
Оксидоредуктазы. К ним относятся разнообразные
ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные
реакции, происходящие в живом организме. К оксидоредуктазам
относятся дегидрогеназы, оксидазы, каталаза, пероксидаза, липоксигеназа. Дегидрогеназы катализируют отщепление и перенос водорода с
одного вещества на другое. Дегидрогеназы могут быть
анаэробными, передающими водород какому-либо веществу, но не кислороду воздуха,
и аэробными, которые могут передавать водород также и кислороду воздуха.
Аэробные дегидрогеназы, передающие водород только
кислороду воздуха, называются оксидазами. К оксидазам, имеющим большое значение
при хранении и переработке пищевых продуктов, относятся полифенолоксидаза,
тирозиназа, аскорбинатоксидаза.
Полифенолоксидаза окисляет полифенолы, дубильные
вещества кислородом воздуха и вызывает потемнение разрезанных или очищенных
плодов и овощей. Под действием тирозиназы происходит
окисление аминокислоты тирозина с образованием темноокрашенных соединений. Под
действием каталазы происходит разрушение перекиси водорода, образующейся в
процессе дыхания. Липоксигеназа катализирует
окисление кислородом воздуха некоторых ненасыщенных высокомолекулярных жирных
кислот – линолевой, линоленовой и образуемых ими
эфиров до гидроперекисей.
Трансферазы. К ним принадлежат ферменты, катализирующие перенос целых атомных
группировок от одного соединения к другому. Название ферментов образуется по
тем атомным группировкам, перенесение которых они катализируют: фосфо-, амино-, гликозил-, метилтрансферазы.
Лиазы катализируют реакции негидролитического расщепления молекул в животных и
растительных тканях и играют важную роль в превращениях органических веществ. К
лиазам относятся ферменты, катализирующие отщепление
воды, углекислого газа и другие. Например, декарбоксилаза
катализирует отщепление углекислого газа.
Изомеразы катализируют
превращение некоторых органических веществ в их изомеры. Они играют важную роль
в процессах обмена веществ, дыхания и брожения.
Лигазы катализируют реакции соединения друг с другом
двух молекул органических веществ с участием АТФ.
Витамины – это низкомолекулярные органические вещества
различной химической природы, отсутствие которых в пище нарушает нормальное
состояние здоровья человека и вызывает целый ряд тяжелых заболеваний.
Витамины относятся к
незаменимым факторам питания. Они играют важную роль в большинстве жизненных
процессов и по своей деятельности сходны с ферментами. Многие витамины входят в
состав ферментов в виде коферментов. Витамины повышают защитные функции
организма к инфекционным заболеваниям. Длительное отсутствие в пище того или
иного витамина приводит к заболеваниям, называемым авитаминозами, классические
формы которых встречаются в настоящее
время редко (цинга, рахит и др.). Значительно чаще наблюдается гиповитаминозное состояние
организма, связанное с недостатком витаминов в пище. Это проявляется в быстрой
утомляемости организма, легкой восприимчивости к простудным и инфекционным
заболеваниям, слабости. Избыточное поступление витаминов в организм приводит к
заболеванию, называемому гипервитаминозом.
Витамины синтезируются
растениями, животными и некоторыми микроорганизмами. Организм человека не может
синтезировать витамины, поэтому он должен получать их в готовом виде с пищей. В
процессе жизнедеятельности витамины в тканях разрушаются, и количество их
должно пополняться новыми поступлениями извне.
В
В
Вначале витамины
обозначались латинскими буквами. В настоящее время в международной
классификации принято называть витамины соответственно химическому строению. В
настоящее время известно более 50 витаминов и витаминоподобных
веществ. Все витамины по растворимости делят на две большие группы:
водорастворимые (витамины С, РР, группы В) и жирорастворимые (А, D, Е, К).
К витаминам группы А (ретинол) относятся производные каротина. Отсутствие в пище
витаминов группы А сказывается в нарушении роста, понижении стойкости к
заболеваниям и ослаблении зрения, называемом куриной слепотой. Витамины группы
А образуются и встречаются исключительно в тканях животных и продуктах
животного происхождения, в растениях они отсутствуют. Однако эти витамины образуются из каратиноидов, широко распространенных в растениях.
Установлено, что витамин А образуется в животном организме из каротина под
действием особых ферментов. Поэтому витаминная промышленность изготовляет
очищенные препараты каротина для обогащения ими различных пищевых продуктов.
Наиболее богатым источником витаминов группы А является рыбий жир и жиры,
содержащиеся в печени акулы, трески, палтуса, кита, моржа, тюленя. Витамин А
существует в двух формах А1 и А2. Наиболее важными
источниками витамина А в пище человека является листовая зелень (салат, шпинат,
зеленый лук и др.), морковь, томаты, сливочное масло, яичный желток. Зимой
молоко, сливочное масло, яичный желток во много раз беднее витамином А, чем те
же продукты летом. Это объясняется высоким содержанием каротина в зеленых
кормах. Витамин А в чистом виде легко разрушается. Суточная потребность
человека в витамине А 1,5 –2,5 мг.
Витамин D (кальциферол).
Недостаточное содержание в пище витамина приводит к возникновению
рахита. Витамин D встречается только в животном организме. В растениях содержатся стеролы,
из которых под влиянием облучения ультрафиолетовыми лучами образуется витамин
D. Существует несколько витаминов группы D – это D2, D3,
D4, D5, D6, D7. Наиболее богатым
источником витаминов группы D является рыбий жир, печень млекопитающих и птиц,
он содержится также в молоке, сливочном масле и яичном желтке. Летом молоко и
полученное из него сливочное масло богаче витамином D, чем зимой. Это
объясняется более интенсивным образованием из стеролов
витамина Д под воздействием ультрафиолетовых лучей солнечного света в летнее
время. Витамин D регулирует фосфорнокальциевый обмен
в организме человека. При недостатке витамина D понижается сопротивляемость
организма инфекциям, легко происходят переломы костей. Суточная доза для
взрослого человека – 1-2 мкг, детей – 17-20 мкг. При консервировании хорошо
сохраняется.
Витамин Е (токоферол). Его отсутствие приводит к нарушению половых
функций, бесплодию, задержке роста, поражению нервной и мышечной ткани.
Витамином Е богаты растительные масла: облепиховое, соевое, кукурузное,
хлопковое, подсолнечное; горох, фасоль, сливочное масло. Витамин Е широко распространен, человек не чувствует
недостатка в нем. Суточная потребность 10-25 мг. Витамин Е применяют как
антиоксидант для предохранения жиров от прогоркания.
Витамин К (филлохинон) необходим для нормального свертывания крови.
Этот витамин широко распространен в продуктах животного и растительного
происхождения. Лучшим источником витамина К являются зеленые части растений.
Витамин К объединяет группу витаминов от К1 до К7.
Суточная норма 10- 15 мг.
Витамин С (аскорбиновая кислота) участвует во всех окислительно–восстановительных процессах, происходящих в
каждой клетке нашего организма, способствует образованию костной ткани зубов,
усвоению железа. Помогает организму
обезвреживать микробные яды и ядовитые вещества – мышьяк, свинец и др.
Его недостаток вызывает плохое самочувствие, снижение умственной и физической
работоспособности, повышает чувствительность к простуде и инфекциям. Отсутствие
витамина С в пище вызывает заболевание цингой. Суточная потребность организма в
витамине С 50-75 мг.
Витамин С содержится
главным образом в плодах и овощах. Из продуктов животного происхождения витамин
С содержится в небольших количествах в молоке и печени. Особенно богаты
витамином С плоды шиповника, черная смородина, перец сладкий, ягоды облепихи.
Сравнительно много витамина С содержится в капусте, цитрусовых, землянике,
зеленом луке, зелени петрушки. В некоторых продуктах витамина С относительно
меньше, например, в картофеле, яблоках, но благодаря значительному количеству
этих продуктов в суточном рационе они также являются важным источником этого
витамина.
Витамин С – самый
нестойкий их всех витаминов. Он разрушается при варке пище, сушке плодов и
овощей, при длительном хранении, но сравнительно хорошо сохраняется в кислой
среде (в квашеной капусте), при замораживании, консервировании в герметичной
таре.
Витамины группы В являются необходимым звеном в регуляции обмена.
Если не хватает одного из компонентов комплекса, нарушается деятельность
клеточных ферментов. Все витамины группы В организм человека может получать в
достаточном количестве с растительной пищей за исключением витамина В12,
находящегося в продуктах животного происхождения. Некоторая часть потребности в
них удовлетворяется за счет кишечной микрофлоры. Наиболее богатый источник
витаминов группы В – пивные дрожжи.
Витамин В1 (тиамин) регулирует углеводный, жировой,
белковый и водный обмен. Недостаток этого витамина приводит к нарушению
сердечной деятельности и заболеванию нервной системы. Отсутствие витамина В1 в пище
ведет к развитию болезни бери-бери с поражением центральной и периферической
нервных систем. Суточная потребность в витамине В1 1,5-2,5 мг.
Наиболее важным
источником витамина В1 являются зерновые продукты, содержащие
частицы отрубей и зародыши. Имеется он также в молоке, мясе, яйцах, особенно много его в пивных и хлебопекарных дрожжах.
Этот витамин стоек к
нагреванию, хорошо сохраняется в кислой среде, но разрушается в щелочной.
Витамин В2 (рибофлавин) входит в состав ферментов, которые
участвуют в окислительно–восстановительных процессах.
При недостатке рибофлавина в организме нарушается процесс окисления
органических веществ, который проявляется в потере массы тела, слабости,
воспалении слизистых оболочек рта, болезни глаз, расстройстве нервной системы.
Суточная потребность организма в витамине В2 2,0-2,5 мг. Наиболее богаты витамином В2
дрожжи, печень, почки, яйца, молоко, зерновые продукты, зеленые овощи. Этот
витамин устойчив при сушке, нагревании и варке, разрушается в щелочных
растворах под воздействием ультрафиолетовых лучей.
Витамин В3 (пантотеновая кислота). Недостаток
пантотеновой кислоты вызывает задержку роста, поражение кожи, нарушение
деятельности нервной системы и желудочно–кишечного тракта. Пантотеновая кислота
входит в состав фермента, при участии которого происходят активирование и
перенос образующихся в организме остатков уксусной кислоты и других кислотных
остатков, синтез лимонной кислоты, жирных кислот, глицеридов и многих других
соединений. В3 входит в состав мяса, печени, яиц, молока, сыра,
картофеля, овощей, хлеба, круп. Суточная потребность в витамине В3 10-15 мг. Этот витамин может синтезироваться
в организме человека в кишечнике с помощью микроорганизмов.
Витамин В6 (пиридоксин) имеет важное значение в белковом
обмене, в обеспечении нормального функционирования нервной системы. Его
недостаток в пище приводит к нарушению белкового обмена, синтеза жиров, которое
проявляется в поражении кожи, замедлении роста и нарушении деятельности мозга.
Суточная потребность человека в этом витамине
(2-3 мг) удовлетворяется за счет продуктов питания, частично он
синтезируется микрофлорой кишечника. Особенно им богаты печень, почки, дрожжи,
яичный желток, молоко, мясо, бобовые.
Витамин В9 (фолиевая кислота) находится в
растительных и животных продуктах.
Наиболее богаты фолиевой кислотой печень, мясо, рыба, бобы, шпинат, картофель,
капуста. Она участвует в синтезе аминокислот и нуклеиновых кислот, оказывает
благотворное влияние при заболеваниях кишечника. Отсутствие ее в организме
вызывает расстройство нервной системы, малокровие. Суточная потребность в
фолиевой кислоте составляет 0,2 – 0,4 мг.
Витамин В12 (цианкобаламин)
содержится в печени, почках, яичном желтке, крабах, молочных продуктах. Он
способствует кроветворению, участвует в синтезе белков, жиров и витамина А.
Отсутствие его в организме вызывает злокачественную анемию. Суточная
потребность – 0,002-0,005 мг.
Витамин В15 (пангамовая
кислота) участвует в кислородном обмене в клетках тканей, улучшает жировой
обмен. Этот витамин широко распространен в природе, входит в состав абрикосовых
косточек, рисовых отрубей, пивных дрожжей и др. Суточная потребность человека –
2 мг.
Витамин Р (рутин) и другие флавоноиды
способствуют укреплению стенок капилляров. При отсутствии в пище витамина Р у
человека повышается проницаемость и ломкость кровеносных сосудов, наступает
слабость и быстрая утомляемость. Совместно с аскорбиновой кислотой витамин Р
обладает способностью активизировать окислительные процессы в тканях. Между
витамином С и Р существует синергизм в биологическом действии. Много витамина Р
содержит шиповник, смородина, черноплодная рябина, чай, облепиха, цитрусовые.
Суточная потребность 35 – 40 мг.
Витамин РР (никотинамид
или никотиновая кислота) входит в состав окислительно–восстановительных
ферментов и выполняет важную роль в обмене веществ. Этот витамин может
синтезироваться в организме человека из аминокислоты триптофана. Витамин РР
содержится в растительных и животных продуктах: дрожжах, печени, мясе, крупе,
томатах, грибах и др. Хорошо сохраняется при варке, выпечке хлеба, сушке.
Суточная потребность человека 15-25 мг.
Витамин Н (биотин) участвует в синтезе
жиров, жироподобных веществ и белков. При недостатке этого витамина в пище
возникают заболевания кожи – экзема, себорея. Микрофлора кишечника человека
синтезирует этот витамин. Биотина много в печени, яичном желтке, молоке и др.
Суточная потребность ¾ 0,15-0,3 мг.
Витаминоподобные вещества
Витамин U – противоязвенный фактор
желудка и двенадцатиперстной кишки. Содержится в соке капусты, картофеля,
зеленом чае, молоке.
Витамин F – это полиненасыщенные жирные кислоты – линолевая и арахидоновая. Он регулирует
жировой обмен и уровень холестерина в крови. Содержится в основном в
растительных маслах и в жире рыб.