«В. С. Колодязная ПИЩЕВАЯ ХИМИЯ Учебное пособие Санкт-Петербург 1999 3 ББК 51.230 В 61 УДК 664.014 (031) Колодязная В. С. Пищевая химия: Учеб. пособие. СПб.: СПбГАХПТ, 1999. В 19 140 с. ISBN 5-86981-050-7 В учебном ...»

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургская государственная академия

холода и пищевых технологий

В. С. Колодязная

ПИЩЕВАЯ ХИМИЯ

Учебное пособие

Санкт-Петербург 1999

3

ББК 51.230

В 61

УДК 664.014 (031)

Колодязная В. С.

Пищевая химия: Учеб. пособие. СПб.: СПбГАХПТ, 1999.

В 19 140 с.

ISBN 5-86981-050-7 В учебном пособии рассмотрены пищевая ценность и качество продуктов; основы питания и биохимия пищеварения; физико-химические и биохимические изменения основных пищевых веществ (нутриентов) при различных видах переработки и хранения пищевого сырья и продуктов питания; пищевые добавки и их значение при производстве продуктов питания целевого назначения, а также природные токсиканты и загрязнители пищевого сырья и продуктов.

Учебное пособие предназначено для студентов вузов пищевого профиля.

.

Рецензенты Кафедра товароведения и экспертизы товаров (зав. кафедрой доктор техн. наук, проф.

В. В. Шевченко) Канд. с.-х. наук, проф. Н. П. Калиненок (Санкт-Петербургский ордена трудового Красного Знамени государственный аграрный университет) Одобрено к изданию советом технологического факультета СПбГАХПТ Санкт-Петербургская государственная ISBN 5-86981-050- академия холода и пищевых технологий, 70-летию Санкт-Петербургской государственной академии холода и пищевых технологий посвящается

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие “Пищевая химия” предназначено для студентовтехнологов, обучающихся по специальности "Технология консервов и пищеконцентратов".

Пищевая химия это наука о химическом составе пищевых систем (продовольственного сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов питания); о физико-химических и биохимических его изменениях в организме человека и в технологических процессах подготовки, переработки, консервирования и хранения под воздействием различных факторов; об общих закономерностях этих превращений и о влиянии последних на структуру, свойства, качество и пищевую ценность продуктов питания; о методах выделения, фракционирования, очистки и каталитической модификации пищевых веществ, методах анализа сырья и продуктов питания; о пищевых добавках; природных токсикантах и загрязнителях.

Пищевая химия основывается на теоретических положениях фундаментальных дисциплин и прежде всего химии и физики, а также биохимии, биофизики, биотехнологии, физиологии и гигиены питания.

В учебном пособии дана характеристика пищевой ценности и качества продуктов питания, кратко изложены основы теории адекватного и рационального питания, основы биохимии пищеварения. Показана роль макро-и микронутриентов белков, липидов, углеводов, витаминов и минеральных элементов в питании человека.

Подробная характеристика, структура и свойства белков, углеводов, жиров и других компонентов пищи не приводятся, так как этот материал изложен во многих учебниках и учебных пособиях и изучается в курсе “Биохимия”, “Физиология питания” и др. Более подробно описаны биохимические и физико-химические изменения макро- и микронутриентов в технологических процессах, широко применяемых в пищевой промышленности, и их влияние на качество и пищевую ценность продуктов питания. Рассмотрены также пищевые добавки, эффективно используемые в последнее время в промышленности для улучшения органолептических свойств, изменения консистенции, повышения пищевой ценности, получения новых продуктов специального назначения, ускорения технологических процессов, увеличения продолжительности хранения, замедления микробиологических и биохимических процессов, протекающих в пищевом сырье и продуктах питания при производстве и хранении. Особое внимание в пособии уделено природным токсикантам и загрязнителям, источникам их попадания в пищевые цепи; способам защиты пищи от чужеродных веществ (ксенобиотиков), вредных для здоровья человека, а также медико-биологическим требованиям, предъявляемым к продуктам питания.

По мере изложения материала курса “Пищевая химия” приводятся ссылки на литературу, в которой более подробно описаны соответствующие разделы.

Основной задачей издания является оказание помощи студентамтехнологам в формировании научного подхода к сложным процессам взаимосвязи химического состава пищевых систем, качества и пищевой ценности продуктов питания с технологическими режимами производства, переработки и хранения продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Методологический подход и содержание учебного пособия "Пищевая химия" позволяют использовать его при подготовке инженеров-технологов в вузах по другим специальностям пищевого профиля "Технология мяса и мясопродуктов", "Технология рыбы и рыбных продуктов", "Технология молока и молочных продуктов".

ВВЕДЕНИЕ

Обеспеченность населения здоровым питанием, решение продовольственной проблемы в любом государстве характеризует жизненный уровень народа. Проблема питания была и остается одной из самых важных как в социально-экономическом, так и в медицинском аспектах.

Питание людей в разных странах отличается по своему характеру и направленности, зависит от уровня и конкретных условий проживания, национальных традиций и привычек. Вместе с тем, имеются общие тенденции, которые являются неизбежным результатом цивилизации: увеличение доли рафинированных, подвергнутых кулинарной обработке и подлежащих хранению пищевых продуктов; расширение области применения пищевых добавок; производство комбинированных продуктов питания; использование нетрадиционного пищевого сырья. Наряду с этим, происходит загрязнение продуктов питания потенциально опасными контаминантами химического и биологического происхождения.

Человечество вступает в ХХ1 век, который несомненно внесет коррективы в теоретические и практические аспекты питания с учетом демографических изменений в обществе, наличия продовольственных ресурсов, особенностей трудовой деятельности, резкого ухудшения экологической ситуации, новой информации о значении различных компонентов пищи в питании человека.

В настоящее время в результате фундаментальных и прикладных исследований, проведенных учеными России и многих стран мира, накоплена информация о химическом составе пищевых продуктов, о наличии полезных и вредных веществ, об изменении свойств продуктов под воздействием внешних факторов при переработке, консервировании и хранении. Научные знания, современные технологии, технические решения и практический опыт позволяют создавать новые поколения экологически безопасных продуктов питания целевого назначения, которые смогут отвечать медикобиологическим требованиям, предъявляемым к пище ХХ1 века.

Важное значение в решении поставленных задач имеет пищевая химия новая научная дисциплина, которая в настоящее время находится в стадии становления, развития и совершенствования.

Основными направлениями пищевой химии являются:

1. Химический состав продовольственного сырья, полуфабрикатов, готовых продуктов питания, пищевая ценность и экологическая безопасность.

2. Биохимические и физико-химические основы превращения мак-рои микронутриентов в технологических процессах переработки, консервирования и хранения продовольственного сырья и продуктов питания.

3. Научные основы питания и биохимия пищеварения.

4. Научные основы технологий производства и применения пищевых добавок.

5. Научные основы создания экологически безопасных продуктов питания, сбалансированных по макро- и микронутриентам для различных групп населения.

6. Теоретические основы выделения, фракционирования компонентов продовольственного сырья, их модификация.

7. Методы анализа и исследования пищевых систем, их компонентов и добавок.

В первом направлении изучается химический состав продовольственного сырья, полуфабрикатов, готовых продуктов питания, их пищевая ценность и экологическая безопасность. Важное внимание уделяется пищевым (макронутриентам) и биологически активным (микронутриентам) веществам, в том числе эссенциальным (незаменимым) факторам питания незаменимым аминокислотам, витаминам, полиненасыщенным жирным кислотам, а также содержанию, составу и структуре пищевых волокон. Изучаются также ксенобиотики вредные вещества, попадающие в продукты питания сервирование хранение потребление". Проблеме загрязнения окружающей среды и продуктов питания основных источников поступления вредных веществ (пестицидов, солей тяжелых металлов, микотоксинов, радионуклидов) в организм человека в последние годы уделяется особое внимание.

Второе направление пищевой химии посвящено биохимическим и физико-химическим изменениям белков, углеводов, липидов, витаминов, минеральных веществ, фенольных и других соединений в технологических процессах переработки, консервирования и хранения продовольственного сырья и продуктов питания. При этом рассматриваются взаимодействие между собой отдельных компонентов пищевой системы, характер возникающих связей, структура и строение образующихся комплексов и ассоциатов, их влияние на состав и свойства получаемых продуктов (пищевая, в том числе биологическая и энергетическая ценность, потребительские свойства и т. д.), а также соответствие ферментных систем организма химическим структурам пищи.

В пищевой химии важное значение придается разработке общей концепции превращений пищевых веществ в различных технологических процессах. Она основывается на знании состава, структуры химических компонентов пищевых систем и теории множественности и неоднозначности химических превращений, протекающих в продуктах под воздействием различных физико-химических, биохимических, микробиологических и других факторов.

Большое внимание уделяется изучению механизма образования устойчивых комплексов и соединений, формированию органолептических показателей качества (вкус, аромат, консистенция), а также доброкачественности продуктов питания.

В третьем направлении изучаются основы адекватного и рационального питания человека, биохимии пищеварения.

За последние годы наука о питании пополнилась и обогатилась знаниями о новых закономерностях в формировании потребности в пищевых, балластных и биологически активных веществах; о количественной потребности в отдельных витаминах, микро- и макроэлементах; о потребительских свойствах пищевого сырья, возможности максимального сохранения полезных нутриентов в процессе переработки и хранения пищевого сырья и продуктов питания; об изменении теоретических основ питания от теории "сбалансированного питания" к теории "адекватного питания".

В четвертом направлении изучаются природные и синтетические пищевые добавки, используемые с целью получения специальных пищевых продуктов, совершенствования технологии производства продуктов питания или придания им определенных свойств, сохранения нативных характеристик качества, улучшения органолептических показателей, увеличения продолжительности хранения.

Важное место в пищевой химии отводится изучению научных основ создания комбинированных, экологически безопасных продуктов питания, сбалансированных по макро- и микронутриентному составу для различных групп населения, что составляет пятое направление курса.

В шестом и седьмом направлениях изучаются теоретические основы выделения, фракционирования и модификации продовольственного сырья, получения композитов, а также методы анализа и исследования пищевых систем, макро- и микронутриентов, пищевых добавок.

В учебном пособии "Пищевая химия" изложены некоторые из направлений данной дисциплины.

1. ПИЩЕВАЯ ЦЕННОСТЬ И КАЧЕСТВО

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Пищевые продукты это объекты животного или растительного происхождения, используемые в пищу в натуральном или переработанном виде в качестве источника энергии, пищевых и вкусоароматических веществ [1, 2].

Для производства пищевых продуктов используется продовольственное сырье, представляющее собой объекты растительного, животного, микробиологического, а также минерального происхождения, и вода.

Пищевые продукты подразделяются на следующие группы [2]:

1. Продукты массового потребления, выработанные по традиционной технологии и предназначенные для питания основных групп населения.

2. Лечебные (диетические) и лечебно-профилактические продукты специально созданные для профилактического и лечебного питания. Характеризуются измененным химическим составом и физическими свойствами.

В эту группу входят продукты: витаминизированные, с низким содержанием жира (снижение жира на 33%), низкокалорийные (менее 168 кДж/100 г), с повышенным содержанием пищевых волокон, с пониженным количеством сахара, холестерина, хлористого натрия и других веществ.

3. Продукты детского питания специально созданные для питания здоровых и больных детей до трехлетнего возраста. К продуктам детского питания предъявляются особые требования по пищевой ценности и безопасности. Для их изготовления используется высококачественное сырье, разрабатываются специальные рецептуры и технологии. Выпускаются специализированные продукты детского питания на молочной, зерновой, мясной основе, а также продукты из рыбы, плодов, ягод и овощей.

Пищевая ценность понятие, отражающее всю полноту полезных свойств пищевого продукта, включая степень обеспечения физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах, энергию и органолептические свойства. Характеризуется химическим составом пищевого продукта с учетом его потребления в общепринятом количестве.

Все вещества, входящие в состав пищевых продуктов и пищи, подразделяются на две группы: органические (белки, углеводы, жиры, пищевые кислоты, витамины, ферменты) и минеральные (вода, макро- и микроэлементы). Среди них имеются вещества, определяющие пищевую, в том числе энергетическую и биологическую, ценность, участвующие в формировании структуры, вкуса, аромата и цвета пищевых продуктов [3].

Пищевая ценность определяется не только содержанием биологически активных пищевых веществ (нутриентов), но и их соотношением, усвояемостью и доброкачественностью.

Термины "энергетическая" и "биологическая" ценность являются более узким понятием пищевой ценности.

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, кДж); одного грамма углеводов 3,75 ккал (15,7 кДж). Это калорийность брутто, т.е. та, которая содержится в продукте и выделяется при его сгорании, или теоретическая энергетическая ценность. Но пищевые вещества усваиваются организмом не полностью. Так, белки усваиваются на 94,5%, жиры на 94,0%; углеводы на 95,6%. Поэтому следует теоретическую энергетическую ценность умножать на коэффициент усвояемости. Коэффициент усвояемости сахарозы равен 1, животных жиров 0,85 (за исключением сливочного масла), растительных жиров 0,95, белков в зависимости от их природы 0,850,95. Зная содержание в рационе белков, жиров и углеводов и коэффициенты их усвояемости, можно легко рассчитать фактическую энергетическую ценность.

Продукты, входящие в рацион питания, должны содержать вещества, необходимые для получения энергии, обмена веществ и построения тканей. В зависимости от характера, трудовой деятельности, возраста, пола, состояния здоровья человека необходимо в сутки 22003900 ккал (921816341 кДж) [2].

Для организма важно, какие группы пищевых веществ обеспечивают калорийность питания. Для нормальной жизнедеятельности человека необходимо определенное соотношение белков, жиров и углеводов, а также наличие витаминов и минеральных веществ.

Белки должны составлять, в среднем, 12%, жиры 3035% от общей калорийности рациона, остальное углеводы.

В настоящее время энергетическая ценность общедоступного рациона, соответствующего средним энергетическим затратам человека, составляет 20002500 ккал (838010500 кДж). В состав этого рациона входят главным образом продукты, подвергнутые кулинарной обработке, консервированию и хранению, значит, и с низким содержанием витаминов и других биологически активных веществ. Как же обеспечить в этом количестве энергии необходимые организму нутриенты? Этот показатель получил название пищевой плотности рациона; характеризуется количеством незаменимых пищевых веществ в 1000 ккал (4190 кДж).

Проблема пищевой плотности рациона может быть успешно решена путем производства низкокалорийных продуктов повышенной пищевой ценности, обогащенных незаменимыми нутриентами [4].

Биологическая ценность пищевых продуктов определяется главным образом наличием в них незаменимых факторов питания, не синтезируемых 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, белковолецитиновые и глюкопротеиновые комплексы.

Биологическая ценность пищевых продуктов более общее понятие и характеризуется биологической ценностью белков, жиров, угле-водов, витаминов и минеральных веществ.

Биологическая ценность белка характеризуется степенью соответствия его аминокислотного состава потребностям организма в аминокислотах для синтеза белка, а также способностью к перевариванию.

Несмотря на многообразие белковых веществ в природе, в построении организма человека участвует 22 аминокислоты, из которых восемь (лейцин, изолейцин, триптофан, валин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин) являются незаменимыми, так как они не синтезируются в организме и должны поступать извне с продуктами питания. Кроме того, аминокислоты гистидин и цистин незаменимы для организма грудных детей.

Показатель соответствия аминокислотного состава пищевых и синтезируемых белков послужил основой для создания ряда методов определения и сравнения биологической ценности различных пищевых белков.

Аминокислотный состав пищевых продуктов сравнивают с аминокислотным составом идеального (гипотетического) белка, принятого экспертным комитетом ФАО-ВОЗ в 1973 г., путем определения аминокислотного скора (АКС).

Одним из доступных способов расчета АКС является вычисление отношения содержания незаменимых аминокислот (АКн) в исследуемом и идеальном белке где m1, m2 количество незаменимой аминокислоты в 1 г, соответственно, исследуемого и идеального белка.

В одном грамме идеального белка содержится восемь АКн в следующем количестве, мг: изолейцин 40; лейцин 70; лизин 55; метионин + цистин 35; фенилаланин + тирозин 60; триптофан 10; треонин 40;

валин 50.

В идеальном белке АКС каждой АКн принимается за 100%. Лимитирующей биологическую ценность АКн считается та, АКС которой имеет значение меньше 100%.

Не все продукты питания полноценны по аминокислотному составу.

Животные белки, т.е. белки мяса, молока, яиц, наиболее близки по своему скору идеальному, растительные дефицитны по отдельным АКн, чаще лизину, метионину, цистину.

Несбалансированность аминокислотного состава белков может привести к нарушению обмена веществ, замедлению синтеза белка и роста организма. Избыток одних АКн приводит к недостаточности и плохой усвояемости других.

Существенное значение имеет сбалансированность незаменимых АКн, особенно соотношение таких эссенциальных АКн, как триптофан, метионин и лизин. Оптимальное их соотношение 1 : 2 : 3,5 (4,0). Триптофан участвует в процессе восстановления тканей и содержится в мясе, горохе, фасоли.

Метионин предупреждает ожирение почек, поражение легких, способствует образованию инсулина; содержится в мясе и зерновых. Лизин нормализует кровообращение, поддерживает необходимый уровень гемоглобина.

Однако опыты на животных показали, что расчетные данные АКС не совпадают с экспериментальными, которые обычно выше, а простое соответствие аминокислотного состава пищевых и синтезируемых белков дает только примерное представление о биологической ценности белков.

Некоторые исследователи считают, что биологическая ценность белков связана также с особенностями строения белковых компонентов пищи, влияющих на растворимость продукта в воде, на студнеобразование, вязкость, влагоудерживающую способность и на другие молекулярные характеристики продукта. Одна из важнейших характеристик пищевой ценности перевариваемость пищи существенно зависит от доступности белковых и других биополимерных соединений к воздействию ферментов.

При применении биологических методов (на животных) для определения биологической ценности белков рассчитывают коэффициент эффективности белка (КЭБ), коэффициент чистой утилизации белка (ЧУБ), показатель биологической ценности белка (ПБЦ), коэффициент ретенции (задержки) азота (КРА) и другие [5].

Биологическая ценность жиров определяется входящими в их состав полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК), называемыми витамином F. ПНЖК относятся к незаменимым факторам питания, так как не образуются в организме и должны поступать с пищей.

Наряду с энергетической функцией, ПНЖК способствуют ускорению обмена холестерина в организме, снижению образования липопротеидов низкой плотности, ответственных за атеросклероз, уменьшению синтеза триглицеридов.

Для человека эссенциальными жирными кислотами являются линолевая С18:2 и линоленовая С18:3. Линолевая кислота превращается в организме в арахидоновую С22:4, а линоленовая в эйкозапентаеновую. Недостаточное поступление с пищей линолевой кислоты вызывает в организме нарушение биосинтеза арахидоновой кислоты, входящей в большом количестве в его структурные липиды, а также простагландинов. Арахидоновая кислота составляет 2025% от всех жирных кислот фосфолипидов клеточных и субклеточных биомембран. ПНЖК, образующиеся из линоленовой кислоты (эйкозапентаеновая и докозагексаеновая), также постоянно присутствуют в липидах мембран, но в значительно меньшем количестве (25%), чем арахидоновая кислота [5] Важно подчеркнуть, что методы определения биологической ценности жиров являются интегральными, так как они не выявляют влияния каждой из кислот на метаболизм липидов. В отличие от белков в настоящее время не представляется возможным определить биологическую ценность жиров на основе их химического состава.

А. А. Покровский отмечал, что один из перспективных подходов в решении данной проблемы это изучение влияния жиров на жирнокислотный состав клеточных мембран [6]. Им было показано, что липиды пищи могут оказывать существенное влияние на структуру и функцию мембран, меняя их жирно-кислотные спектры.

Для оценки биологического действия различных жиров на организм человека введено понятие коэффициента эффективности метаболизации жирных кислот (КЭМ). Он характеризует отношение количества арахидоновой кислоты к сумме всех других полиненасыщенных кислот с 20 и 22 углеродными атомами. Важно отметить, что КЭМ увеличивается параллельно уменьшению содержания арахидоновой кислоты. Перспектива возможного использования КЭМ в качестве диагностического теста для выявления нарушений липидного обмена у человека является вполне реальной и ценной.

Последние достижения науки, более глубоко раскрывающие функции жиров в организме человека, предопределили изменения норм их потребления с пищей. Так, по сравнению с прежними рекомендациями прослеживается тенденция к увеличению потребления жиров при неизменном или даже пониженном потреблении углеводов. При этом важное значение имеют количественная и качественная характеристики жиров. Последняя существенно зависит от технологии их производства и хранения.

Биологическая ценность углеводов определяется количественным составом усвояемых и неусвояемых углеводов. Важная роль отводится усвояемым углеводам, нормализующим обменные процессы в организме. В последние годы большое внимание уделяется пищевым волокнам балластным веществам, относящимся к группе неусвояемых углеводов (пектиновые вещества, клетчатка, гемицеллюлоза).

Биологическая ценность витаминов определяется их участием в клеточном и тканевом обмене веществ, существенным влиянием на функциональное состояние многих физиологических систем, на реактивность организма и его защитные механизмы.

Биологическая ценность минеральных веществ определяется их абсолютным содержанием и соотношением между собой в продуктах и специфическим действием на обменные процессы.

В общем случае, качество определяется как совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности [7].

Применительно к пищевым продуктам качество это совокупность свойств, отражающих способность продукта обеспечивать органолептические характеристики, потребность организма в пищевых веществах, безопасность его для здоровья, надежность при изготовлении и хранении.

Качество пищевых продуктов имеет определяющее значение в жизни человека, так как влияет на здоровье, работоспособность, физиологическое состояние, обменные и другие процессы, протекающие в организме.

В формировании и сохранении качества продуктов питания участвуют многие факторы, важнейшими из которых являются следующие: качество исходных компонентов и рецептуры, технологии производства и оборудование, качество труда, производственных процессов, хранения и реализации.

Номенклатура показателей качества (ПК) включает в себя единичные ПК, характеризующие одно из свойств продукта; групповые ПК, применяемые для оценки совокупности основных свойств, и комплексные (обобщенные) ПК, определяющие качество продукта в целом. Кроме того, используется понятие "относительный показатель", определяемый соотношением аналогичных ПК сравниваемых продуктов.

Групповые показатели делятся на такие, как эргономические, эстетические, патентно-правовые, унификации и стандартизации, экологические, назначения, технологические, экономические, сохраняемости, транспортабельности, безопасности потребления и др. [3].

Группа эргономических показателей характеризует систему "продукт потребитель окружающая среда" и включает в себя показатели: гигиенические, антропометрические, физиологические, психофизиологические и психологические [3].

Гигиенические показатели характеризуют доброкачественность, соответствие продукта санитарным нормам.

Доброкачественными пищевыми продуктами называются такие продукты, которые не оказывают вредного влияния на организм человека. Отрицательное воздействие на организм могут вызвать различные токсины (яды), болезнетворные микроорганизмы, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды, нитраты, нитриты и другие.

К качеству пищевых продуктов предъявляются медико-биологические требования, включающие в себя комплекс критериев, определяющих пищевую ценность и безопасность продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Важным показателем качества пищевых продуктов является их безопасность, характеризующая отсутствие токсического, канцерогенного, мутанного или любого другого неблагоприятного действия пищевых продуктов на организм человека при употреблении их в общепринятом количестве.

Безопасность продуктов гарантируется путем установления и соблюдения регламентируемого уровня содержания загрязнителей химического, биологического или природного происхождения.

В нашей стране качество пищевых продуктов регламентируется нормативными документами, имеющими силу закона стандартами и техническими условиями (ТУ) [7, 8, 9].

В соответствии с законом РФ "О стандартизации" [8] стандарты могут быть государственными и международными, а также стандарты отраслей, предприятий, научно-технических, инженерных обществ и других общественных организаций. Государственные и отраслевые стандарты не являются объектом авторского права, в отличие от стандартов предприятий и технических условий. Все стандарты и технические условия на новые виды сырья и продуктов питания при их представлении на утверждение Государственному комитету РФ по стандартизации (Госстандарту РФ) подлежат предварительному обязательному согласованию с органами здравоохранения (санэпиднадзора). Кроме стандартов и ТУ Минздравом РФ издаются обязательные для исполнения постановления, санитарные правила, инструкции и указания. Существует система государственного надзора за качеством пищевых продуктов. В эту систему входят: ветеринарная служба;

государственная инспекция по качеству товаров и торговле (госторгинспекция); бюро товарных экспертиз торгово-промышленной палаты; ведомственная санитарная служба, государственная санитарно-эпиде-миологическая служба. В настоящее время в соответствии с законом РФ "О защите прав потребителей" и законом РФ "О сертификации продукции и услуг" [8, 9] проводится обязательная сертификация тех пищевых продуктов, на которые в законодательных актах или стандартах предусмотрены требования по безопасности для здоровья и жизни граждан, а также окружающей среды.

Кроме сертификата качества пищевых продуктов органами санэпиднадзора выдаются гигиенические сертификаты соответствия, гарантирующие безопасность продуктов питания, например, по содержанию нитратов, нитритов, пестицидов, солей тяжелых металлов и других вредных веществ.

Государственный контроль и надзор за соблюдением обязательных требований стандартов, правил сертификации и непосредственно за сертификацией продукции проводятся должностными лицами государственных органов управления в пределах их компетенции (государственными инспекторами).

На международном уровне вопросами продовольственных ресурсов, качества продуктов питания и развития сельского хозяйства различных стран занимается продовольственная сельскохозяйственная организация при ООН (ФАО).

Проблемами качества пищевых продуктов и влиянием его на здоровье населения планеты занимается Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ).

В 1962 г. была создана комиссия для выполнения объединенной программы ФАО-ВОЗ по пищевым стандартам. Комиссия межправительственный орган, включающий в себя более 120 государств членов, делегаты которых представляют свои страны. Работа комиссии по упорядочению пищевых стандартов проводится с помощью различных комитетов.

2. ОСНОВЫ ПИТАНИЯ И БИОХИМИЯ ПИЩЕВАРЕНИЯ

Употребление пищевых продуктов организмом человека называется питанием.

Питание представляет собой сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и ассимиляции органических веществ, участвующих в покрытии энергетических затрат, построении и возобновлении клеток и тканей тела, регуляции функций организма.

Все вещества, необходимые для поддержания жизни, здоровья и работоспособности человека организм получает с пищей.

Пища представляет собой сложный комплекс химических веществ, отличающихся различной структурой, свойствами и выполняющих определенные физиологические функции в организме человека [10].

Пища человека должна содержать более шестисот веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Каждое из этих веществ занимает свое место в сложной гармонии биохимических процессов.

Около 96% получаемых с пищей органических и неорганических соединений обладают теми или иными лечебными свойствами. Поэтому здоровье человека во многом зависит от количества и соотношения этих веществ в рационе питания.

Международные организации ФАО и ВОЗ постоянно проводят анализ состояния отдельных сторон питания, прогнозируют его развитие, разрабатывают нормы и критерии потребления основных пищевых веществ и энергии, необходимой для обеспечения полноценного здоровья.

Питание является основным фактором, обеспечивающим оптимальный рост и развитие человеческого организма, его трудоспособность, адаптацию к воздействию различных условий внешней среды. Фактор питания оказывает определяющее влияние на длительность жизни и активную деятельность человека. В процессе питания пища превращается из внешнего во внутренний фактор, элементы пищи служат источником энергии физиологических функций и структурных элементов тела человека. Поэтому развитию теории и практики питания населения уделяется пристальное внимание многих ученых нашей страны и других стран мира.

Питание должно быть организовано таким образом, чтобы оно обеспечивало гармоничное развитие и слаженную деятельность организма. Для этого пищевой рацион должен быть сбалансирован по количеству и качеству пищи с потребностями человека соответственно его полу, профессии, возрасту и состоянию здоровья.

Предметом науки о физиологии питания является определение потребности организма в пищевых веществах (нутриентах), необходимых в качестве источников энергии для процессов жизнедеятельности, непрерывного обновления химических структур клеток, тканей, функций сложных физиологических систем.

Пищевые продукты представляют собой сложные многокомпонентные системы, содержащие в качестве основных компонентов ограниченный ряд ингредиентов (нутриентов, от греч. слова nutrition питание).

По международной классификации к макронутриентам группе главных пищевых веществ относятся белки, жиры, углеводы, макроэлементы.

Они являются главными источниками энергии и питательных веществ для организма.

К микронутриентам относятся биологически активные вещества: витамины, ферменты и микроэлементы.

Вещества, содержащиеся в пищевых продуктах, но не используемые организмом в процессе жизнедеятельности, называются неалиментарными.

К ним относятся вещества, формирующие вкус и запах, а также различные консерванты, антиоксиданты, структурообразователи и т.п. Некоторые вещества, относящиеся к макро- и микронутриентам, не синтезируются в организме человека и должны поступать с пищей. Эти компоненты называются эссенциальными (незаменимыми).

Все химические вещества пищи условно могут быть разделены на три основные группы. Первую группу представляют природные компоненты пищевых продуктов, специфические для определенного вида продуктов животного и растительного происхождения. Вторую и третью группы составляют вещества, попадающие в пищевые продукты из окружающей среды: контаминанты (загрязнители) биологической или химической (антропогенной) природы; пищевые добавки вещества, специально вносимые в продукты питания для достижения определенных технологических эффектов.

Следует отметить, что понятия "вредности" и "безвредности" химических веществ, входящих в состав пищевых продуктов, довольно относительны, так как при определенных условиях обычные и даже незаменимые компоненты пищи могут быть токсичными для организма, а некоторые ядовитые вещества используются в лечебных целях.

Физиологическая потребность человека в пище это объективная величина, определяемая природой и не зависящая от человеческих зна-ний, ее нельзя нормировать и рекомендовать. Физиологическая потребность зависит от множества условий. Большинство их постоянно меняется, и точно сбалансировать питание на каждый момент жизни невозможно. Но организм обладает специальными регуляторными механизмами, позволяющими использовать из принятой пищи и усваивать необходимые пищевые вещества в таком количестве, которое ему требуется в данный момент. Однако регуляторные способности организма имеют определенные пределы, особенно в детском и пожилом возрасте. Кроме того, многие пищевые вещества (некоторые витамины, незаменимые аминокислоты и др.) человеческий организм не в состоянии синтезировать в процессе обмена веществ, поэтому недостаток этих веществ должен быть восполнен за счет питания. В противном случае могут возникнуть болезни, связанные с неполноценным питанием.

В физиологии питания используется понятие "рекомендуемая норма потребления", которая устанавливается на основании изучения физиологической потребности. Рекомендуемая норма потребления пищевых веществ должна учитывать индивидуальные физиологические потребности отдельных людей. Согласно определению ФАО-ВОЗ, "рекомендуемое количество потребления пищевых веществ... является таким количеством, которое достаточно для поддержания нормального здоровья почти у всех людей"[2].

Рекомендуемые нормы потребления пищевых веществ (в отличие от энергии) превышают среднюю физиологическую потребность на величину 2G, что обеспечивает перекрытие возможного разброса индивидуальных физиологических потребностей. Становится очевидным ненужность детализации рекомендуемых размеров потребления по узким группам населения в виде точных цифр.

2.1.1. Основы рационального питания Питание, в котором обеспечено оптимальное содержание и соотношение пищевых и биологически активных веществ, проявляющих в организме максимум своего полезного действия, называется рациональным.

Рациональное питание включает в себя соблюдение трех основных принципов [2, 10].

1. Обеспечение баланса энергии, поступающей с пищей и расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности.

2. Удовлетворение потребности организма в определенных пищевых веществах.

3. Соблюдение режима питания.

Первый принцип. Вся необходимая организму человека энергия поступает исключительно с пищей, белки, жиры и углеводы которой расщепляются до простых соединений. Последние используются для синтеза жизненно необходимых веществ или в итоге дают энергию в форме АТФ, диоксида углерода и воду.

Организм человека расходует полученную с пищей энергию по трем направлениям:

1. О с н о в н о й о б м е н это минимальное количество энергии, необходимое человеку для обеспечения процессов жизнедеятельности в состоянии полного покоя. Основной обмен принято рассчитывать на "стандартных" мужчину (возраст 30 лет, масса 65 кг) и женщину (возраст 30 лет, масса 55 кг). У "стандартного" мужчины он составляет, в среднем, в сутки, 1600 ккал, у женщины 1400 ккал.

Основной обмен рассчитывается на один килограмм массы тела с учетом того, что в один час расходуется одна килокалория. В организме детей основной обмен в 1,3 1,5 раза выше, чем у взрослых.

щ и. Из курса биохимии известно, что на распад белков, жиров и углеводов в организме затрачивается определенное количество энергии в виде АТФ. Переваривание белков увеличивает основной обмен на 30 40%, жиров на 4 14%, углеводов на 4 7%.

При различных видах физической деятельности расход энергии различен: у людей, не имеющих физической нагрузки, он составляет 90 100 ккал/ч, при занятии физкультурой 500 600 ккал/ч, тяжелым физическим трудом и спортом более 600 ккал/ч.

Второй принцип заключается в том, что устанавливается оптимальное соотношение количества белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, витаминов и пищевых волокон.

В табл. 1 даны интервалы величин в зависимости от пола, возраста и интенсивности трудовой деятельности (составлены на основе норм физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения) [2].

Соотношение основных пищевых веществ, в процентах к калорийности рациона, составляет: белок 15; жир 35, углеводы 50. Предлагаемые нормы являются развитием формулы сбалансированного питания А. А.

Покровского, приведенной в литературе [11].

Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и Соотношение в рационе жирных кислот, % :

Минеральные вещества:

макроэлементы, мг:

* В скобках представлена усредненная потребность микроэлементы, мг Витамины:

кальциферола Энергетическая ценность, ккал 18004200 (3000) Нормы разработаны коллективом ученых под руководством института гигиены питания РАМН. Это государственный нормативный документ, определяющий величины оптимальных потребностей в пищевых веществах для различных групп населения.

При составлении норм учитываются особенности химического состава белков и жиров животного и растительного происхождения, уделяется особое внимание незаменимым факторам. Так, в рационе питания незаменимые аминокислоты в сумме должны составлять 36% от общего содержания аминокислот в питании взрослого человека и 4% для детей.

Большое значение имеет сбалансированность незаменимых аминокислот, особенно соотношение таких эссенциальных аминокислот, как триптофан, метионин и лизин.

При недостаточном содержании в организме эссенциальных жирных кислот (линолевой, линоленовой и арахидоновой) возникают кожные заболевания и различные злокачественные новообразования.

Важное значение имеют растительные жиры, так как они содержат в большом количестве полиненасыщенные жирные кислоты, а также фосфолипиды, необходимые для обновления клеток и внутриклеточных структур.

Желательно, чтобы растительные жиры в пищевом рационе составляли не менее 30% от общего количества жиров. Оптимальным считается следующее соотношение жирных кислот в пищевом рационе: насыщенные жирные кислоты 30%, мононенасыщенные 10%. Повышенное содержание жиров, и особенно насыщенных жирных кислот животных жиров, способствует развитию атеросклероза и ишемической болезни сердца.

Углеводная часть рациона человека состоит в основном из крахмала (365400 г), не включает в себя целлюлозу, гемицеллюлозу, пектиновые вещества, моно- и дисахариды (сахарозу, лактозу, глюкозу, фруктозу и другие). Содержание моно- и дисахаридов в суточном пищевом рационе не должно превышать 50100 г, причем важно, чтобы это количество равномерно распределялось по отдельным приемам пищи. Избыточное содержание простых углеводов, особенно сахарозы, может вызвать ряд заболеваний человека, так как она быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте на молекулы глюкозы и фруктозы. Глюкоза легко всасывается в кровь, что резко влияет на углеводный и липидный обмен в организме, а с другой стороны, оказывает существенное влияние на синтез и секрецию целого ряда гормонов.

Установлено, что оптимальным в рационе здорового человека является соотношение белков, жиров и углеводов 1,2 : 1,2 : 4.

В рацион здорового человека обязательно должны входить пищевые волокна и прежде всего такие растительные волокна, как пектиновые вещества и клетчатка. Рекомендуемое потребление этих веществ составляет 2025 г в сутки, в том числе 1520 г клетчатки и 810 г пектиновых веществ. Растительные волокна улучшают работу желудочно-кишечного тракта.

Исключительно важное значение имеет количество и соотношение витаминов, провитаминов и витаминоподобных веществ в суточном рационе человека. Как следует из табл. 1, эти компоненты пищи требуются организму в очень небольшом количестве, так как обладают высокой биологической активностью. При составлении рациона следует иметь в виду, что многие витамины, особенно витамин С, легко окисляются при приготовлении пищи или переработке пищевого сырья.

Как следует из табл. 1, в суточном рационе питания человека учитываются макро- и микроэлементы, которые, как и витамины, не обладают энергетической ценностью, но принимают участие в различных обменных процессах организма. При составлении рациона следует иметь в виду, что избыточное количество некоторых элементов может способствовать проявлению токсических свойств, поэтому содержание их регламентируется медико-биологическими требованиями и санитарными нормами качества [12].

Третий принцип режим приема пищи. Основой режима питания являются физиолого-биохимические реакции, сущность которых заключается в следующем: клетки пищевого центра коры больших полушарий головного мозга способны возбуждаться под влиянием определенных факторов.

К последним относятся снижение концентрации пищевых веществ в крови, освобождение желудка и другие, что сопровождается появлением аппетита.

В основу режима питания положены четыре основных принципа:

регулярность питания прием пищи в одно и то же время, что определяется условно-рефлекторными реакциями организма: выделение слюны, желудочного сока, желчи, ферментов, т. е. всего комплекса факторов, обеспечивающих нормальное пищеварение;

дробность питания в течение суток; здоровому человеку рекомендуется трех-четырехразовое питание с возможным дополнительным приемом пищи (сок утром, стакан молочнокислого продукта перед сном и т.д.);

соблюдение принципа рационального подбора продуктов при каждом приеме пищи для обеспечения благоприятного соотношения в рационе основных пищевых веществ;

разумное распределение количества пищи в течение дня; завтрак и обед должны обеспечивать более 2/3 рациона, ужин менее 1/3.

Принципы рационального питания могут быть откорректированы в зависимости от меняющейся психологии человека, условий его проживания и трудовой деятельности.

Наряду с перечисленными принципами, важная роль при рациональном питании отводится органолептическим достоинствам пищи, обеспечивающим ее переваривание и усвоение. При этом учитываются методы технологической обработки пищевого сырья, обеспечивающие удаление вредных веществ и не вызывающие снижение пищевой ценности продуктов, а также исключающие образование токсичных веществ.

Институтом питания РАМН предложены ориентировочные размеры потребления пищевых продуктов в среднем на душу населения России (табл. 2) [2].

Как и нормы физиологической потребности в пищевых веществах и энергии, размеры потребления пищевых продуктов могут пересматриваться и уточняться.

Нормы, приведенные в табл. 2, служат для выполнения следующих работ:

планирования, производства и потребления продуктов питания;

оценки резервов продовольствия;

разработки мер социальной защиты населения в области питания;

расчетов рационов организованных коллективов;

врачебной практики по оценке индивидуального питания и обоснованию рекомендаций по его коррекции;

проведения научных исследований фактического питания и состояния здоровья.

Рекомендуемые размеры потребления пищевых продуктов Масло растительное, маргарин, кулинарные Молоко и молочные продукты в переводе 2.1.2. Концепция сбалансированного питания А. А. Покровского Академиком А. А. Покровским разработана концепция сбалансированного питания, основой которой является определение пропорций отдельных пищевых веществ в рационе. Эти пропорции соответствуют ферментному набору организма, отражают сумму обменных реакций и их химизм.

Современное учение о потребности человека в пище получило выражение в концепции сбалансированного и адекватного питания.

Согласно этой концепции, обеспечение нормальной жизнедеятельности возможно при условии снабжения организма необходимым количеством белков, жиров, углеводов, минеральных элементов, витаминов, балластных веществ и при соблюдении сложных взаимодействий между многочисленными незаменимыми факторами питания, каждому из которых в обмене веществ принадлежит специфическая роль [6].

Закон сбалансированного питания обусловливает пропорции отдельных веществ в рационах питания, отражает всю сумму обменных реакций, характеризующих химические процессы, лежащие в основе жизни организма. При этом главное внимание уделяется компонентам пищи, которые не могут быть заменены. Незаменимые (эссенциальные) факторы питания не синтезируются ферментными системами организма, но необходимы для поддержания нормального метаболизма человека.

Правильность этой концепции подтверждается объективными биологическими законами, определяющими процессы ассимиляции пищи на всех этапах развития живых организмов.

Нарушение соответствия действия ферментных систем химическим структурам пищи неизбежно приводит к нарушениям метаболизма отдельных пищевых веществ. Так, утратой в процессе эволюции определенных ферментных систем объясняется появление незаменимых пищевых веществ (некоторые аминокислоты, витамины, минеральные вещества и другие).

Пропорции отдельных пищевых веществ в рационе отражаются в формуле сбалансированного питания А.А. Покровского, приведенной в справочнике [11].

Значение приведенных в этой формуле цифр заключается не только в абсолютных величинах, но главным образом в определении оптимальных для усвоения организмом соотношений отдельных пищевых веществ. Именно такие соотношения пищевых веществ необходимы в среднем для поддержания нормальной жизнедеятельности взрослого человека.

При составлении рационов питания необходимо учитывать, что вредна не только недостаточность отдельных эссенциальных факторов, но опасен и избыток, включая избыточное количество как калорий, так и отдельных веществ.

При обосновании физиологических норм питания, разработке специальных продуктов и рационов, повышении биологической ценности известных продуктов учитывается концепция сбалансированного питания.

Особенно сложными являются задачи создания специальных продуктов питания для различных возрастных групп детей, больных, пожилых людей.

По мнению ученого, формула сбалансированного питания не является "догмой", она должна постоянно совершенствоваться и дополняться с учетом новых научных данных о питании, изменений жизни и психологии человека. Так, в 1991 г. были разработаны новые нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения.

Таким образом, сбалансированное питание по А. А. Покровскому это учет всего комплекса факторов питания, их взаимосвязи в обменных процессах, а также индивидуальности ферментных систем и химических превращений в организме.

В то же время "балансовый подход" к питанию основывается на том, что ценными являются только усвояемые организмом компоненты пищи, а остальная часть рассматривается как балласт. Один из ошибочных путей улучшения пищи, повышения ее усвояемости удаление из нее балластных веществ и обогащение полезными легко усвояемыми пищевыми веществами. Однако дальнейшие исследования и практика показали, что балластные вещества играют важную роль в процессах пищеварения, что было сформулировано в теории адекватного питания.

2.1.3. Основы адекватного питания В теории адекватного питания рассматриваются следующие основные положения:

пищу усваивают как поглощающий ее организм, так и населяющие его бактерии;

приток нутриентов складывается как за счет извлечения их из пищи, так и благодаря жизнедеятельности бактерий, синтезирующих дополнительные питательные вещества;

нормальное питание определяется не одним потоком нутриентов, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ;

балластные вещества являются физиологически важными компонентами пищи.

Таким образом, теория адекватного питания более полно отражает соответствие и взаимосвязь химического состава разнообразных пищевых продуктов особенностям обменных процессов, протекающих в организме человека, его ферментному набору и усвояемости макро- и микронутриентов.

Теория сбалансированного питания рассматривается как составная часть теории адекватного питания, подчеркивая его рациональность.

Проблемы в области питания, возникновение и распространение заболеваний, связанных с недостаточным или избыточным потреблением пищи, привели к появлению различных систем, теорий питания и модных диет.

Наиболее распространены из них следующие: вегетарианство, лечебное голодание, концепции раздельного питания, главного пищевого фактора, индексов пищевой ценности, питания предков, абсолютизации оптимальности и другие.

Более подробно с перечисленными и другими системами питания можно ознакомиться в учебной и научно-популярной литературе [13, 14].

Студентам предоставляется возможность самостоятельно оценить эффективность, целесообразность и научную обоснованность различных систем питания.

Пищеварение совокупность процессов, обеспечивающих механическое измельчение и химическое расщепление пищевых веществ на компоненты, лишенные видовой специфичности, пригодные к всасыванию из пищеварительного тракта в кровь и лимфу, участию в обмене веществ и энергии. Поступающая в организм пища всесторонне обрабатывается под действием различных пищеварительных ферментов, синтезируемых специализированными клетками. Расщепление происходит с присоединением молекул воды. Образующиеся при расщеплении белков, жиров и углеводов аминокислоты, жирные кислоты, глицерин и моносахариды всасываются в органы и ткани, а из них образуются новые сложные органические вещества. Известны три ос-новных вида пищеварения: внутриклеточное, внеклеточное (дистант-ное) и мембранное [5, 10].

Пищеварительная система осуществляет начальный этап обмена веществ между внешней и внутренней средами организма.

В состав пищеварительной системы входит пищеварительный канал, поджелудочная железа и печень.

Пищеварение начинается в ротовой полости: механическое измельчение путем жевания и первоначальная химическая обработка под действием слюны, которая смачивает пищевую массу, обеспечивает формирование пищевого комка. В основном углеводы перевариваются амилазой слюны.

Затем поступают в пищевод и желудок. Пища накапливается в желудке, перемешивается и пропитывается кислым желудочным соком, обладающим ферментативной активностью, антибактериальными свойствами и способностью денатурировать клеточные структуры. Основная функция желудка депонирование пищи, ее механическая и химическая обработка. Пищевая масса постепенно направляется в кишечник, в желудке пища находится в зависимости от ее количества и состава от 4 до 10 ч (у человека в среднем 3,54,0 ч).

В желудке происходит гидролиз пищевых белков пепсином (оптимум рН 1,52,5) и гастриксином (оптимум рН 3,0). В полости желудка из неактивного пепсиногена под влиянием соляной кислоты образуется активный пепсин. Соляная кислота облегчает гидролиз белков благодаря денатурирующему действию, вызывает их набухание, что увеличивает контакт с ферментами. Под влиянием ферментов парапепсинов, гастриксинов, желатиназы, катепсинов желудочного сока из белков образуются пептиды различной молекулярной массы. Происходит высвобождение веществ, содержащихся в продуктах в связанном с белками виде.

Соляная кислота оказывает бактерицидный эффект, способствует усвоению железа, стимулирует деятельность нижерасположенных отделов пищеварительного тракта, секрецию некоторых гормонов его стенками.

Роль соляной кислоты многообразна, поэтому нарушение ее секреции неблагоприятно отражается на ряде важных процессов в организме.

Соляная кислота вызывает денатурацию амилазы, находящейся в небольшом количестве в желудке. Из желудка пищевая масса порциями поступает в кишечник, где наиболее интенсивно происходят процессы ферментативного гидролиза и переход к всасыванию. Фаза пищеварения в тонком кишечнике осуществляется в среде, близкой к нейтральной или слабощелочной. Пептиды, образовавшиеся под действием пепсина в желудке и нерасщепленные белки гидролизуются протеазами поджелудочного сока:

трипсином, химотрипсином, карбоксипептидазой и эластазой. Образуются низкомолекулярные пептиды и аминокислоты.

В гидролизе жиров существенную роль играет желчь, выделяемая печенью. Желчь активирует липазу поджелудочного сока и эмульгирует жиры. В полости тонкой кишки этот фермент поэтапно отщепляет жирные кислоты и приводит к образованию ди- и моноглицеридов и незначительного количества свободных жирных кислот и глицерина. Образующиеся продукты гидролиза соприкасаются с поверхностью кишки, где происходит дальнейшая их обработка путем мембранного пищеварения. В мембранном пищеварении участвуют ферменты поджелудочного сока: -амилаза, липаза, трипсин, химотрипсин, эластаза и другие ферменты, а также собственно кишечные ферменты:

-амилаза, олиго- и дисахаридазы; различные тетра-, три- и дипептидазы, аминопептидазы, щелочная фосфатаза и ее изоэнзимы;

моноглицеридлипаза.

Поступающие с пищей углеводы под действием гликолитических ферментов желудочно-кишечного тракта расщепляются до моносахаридов, которые всасываются в кровь.

Основным моносахаридом является глюкоза; она постоянно извлекается из русла крови клетками, в которых происходит ее окисление в аэробных условиях до конечных продуктов (СО2 и Н20) с аккумуляцией в макроэргических соединениях значительной части заключенной в ней химической энергии. При недостаточном содержании кислорода в тканях (анаэробные условия) глюкоза окисляется не полностью.

Отличительной чертой катаболизма углеводов является их способность окисляться двумя путями гексозодифосфатным и гексозомонофосфатным (пентозофосфатным). Последний является вспомогательным путем окисления углеводов.

Гексозодифосфатное окисление углеводов может протекать в аэробных и анаэробных условиях, а пентозофосфатное в аэробных условиях [5, 15, 16].

Процессы аэробного и анаэробного превращения углеводов до стадии образования пировиноградной кислоты одни и те же [15].

Дальнейшее превращение этой кислоты зависит от обеспечения тканей кислородом. В анаэробных условиях дыхательная цепь ферментов в этом случае не используется и АТФ не образуется. Конечным продуктом анаэробного распада глюкозы является молочная кислота.

СООН СООН

Состояние недостаточного обеспечения организма кислородом нередко встречается в нормальной жизнедеятельности человека. Например, при физическом перенапряжении, патологических изменениях организма.

Однако анаэробное состояние у высших организмов продолжаться долго не может, снабжение тканей кислородом восстанавливается, и молочная кислота переходит в пировиноградную. Молочная кислота является своеобразным метаболическим тупиком, выход из которого сводится к образованию пировиноградной кислоты, затем окисляющейся с участием ряда ферментов и коферментов (пируват-дегидразный комплекс).

В окислении пировиноградной кислоты участвует специальная дегидрогеназа, отщепляющая атомы водорода и передающая их затем в цепь дыхательных ферментов с образованием АТФ. При анаэробном окислении глюкозы образуется 14 молекул АТФ.

Свойственный только углеводам процесс распада заканчивается образованием ацетил-КоА. Дальнейший распад ацетил-КоА одинаков для белков, липидов и углеводов и осуществляется в цикле трикарбоновых кислот (цикле Кребса или цикле лимонной кислоты) [15].

Цикл Кребса является центральным звеном в цепи катаболических реакций организма и представляет собой общий конечный путь окислительного распада всех основных пищевых веществ.

Белки, жиры и углеводы после прохождения специфических, свойственных только каждому из этих пищевых веществ превращений образуют один и тот же метаболит активную форму уксусной кислоты (ацетилКоА), в результате окислительного распада которой образуются диоксид углерода и вода. Кроме того, при аэробном окислении глюкозы гексозодифосфатным путем может образовываться 38, а гексозомонофосфатным молекул АТФ.

Следовательно, энергетически оба пути окисления углеводов существенно не отличаются. Следует отметить, что распад белков, жиров и углеводов полностью заканчивается в тонком кишечнике; в толстом кишечнике этот процесс не происходит.

При неправильном питании возможно нарушение обмена белков, углеводов и жиров в организме, что подробно изложено в специальной литературе [13, 14, 17, 18].

При организации правильного питания человека важное значение имеет сохранение нативных свойств пищевых продуктов в процессе подготовки, переработки, производства и хранения пищевого сырья.

Рассмотрим, какие же физико-химические и биохимические изменения основных пищевых веществ происходят на различных стадиях технологической обработки пищевого сырья растительного и животного происхождения.

3. ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ

ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ПРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ СЫРЬЯ

В процессе технологической обработки пищевых продуктов существенным изменениям подвергаются белки, влияющие на органолептические свойства, биологическую ценность, структурно-механические и другие показатели качества.

Глубина физико-химических изменений белков зависит от вида продукта, характера внешних воздествий, концентрации белков. К основным изменениям белков пищевых продуктов при различных видах технологической обработки относятся: гидратация, денатурация и деструкция.

Гидратация белков. Способность нативных белков сорбировать полярные молекулы воды за счет свободных и связанных полярных групп белковых молекул называется гидратацией.

Гидратация связана с двумя видами адсорбции: ионной и молекулярной. Адсорбирование воды ионизированными свободными полярными группами (аминогруппы диаминокислот, карбоксильные группы дикарбоновых кислот) белка называется ионной адсорбцией.

Адсорбирование воды связанными полярными группами (пептидные группы главных полипептидных цепей, гидроксильные и сульфгидрильные группы) называется молекулярной адсорбцией.

Величина молекулярной адсорбции воды постоянная для каждого вида белка, величина ионной адсорбции изменяется в зависимости от реакции среды.

В изоэлектрической точке, когда степень диссоциации молекул белка минимальна и заряд белковой молекулы близок к нулю, способность белка связывать воду наименьшая. При сдвиге рН среды в кислую или щелочную сторону от изоэлектрической точки усиливается диссоциация основных или кислотных групп белка, увеличивается заряд белковых молекул и усиливается гидратация белка.

В технологических процессах эти свойства белков используют для увеличения их водосвязывающей способности.

Адсорбированная вода удерживается белками вследствие образования между их молекулами и водой водородных связей. Водородные связи относятся к слабым, однако это компенсируется значительным количеством связей. Так, каждая молекула воды способна образовывать четыре водородные связи, которые распределяются между полярными группами белка и молекулами воды. В результате адсорбированная вода в белке оказывается довольно прочно связанной. Она не отделяется от белка самопроизвольно и не может служить растворителем для других веществ.

В растворах небольшой концентрации молекулы белка полностью гидратированы, так как содержится избыточное количество воды. В концентрированных растворах белков при добавлении воды происходит их дополнительная гидратация.

Гидратация белков имеет большое практическое значение при производстве студней и различных полуфабрикатов. (Например, рубленых котлет, бифштексов, фарша для пельменей, теста, омлетов и т.п.). При добавлении воды к измельченным животным или растительным продуктам, раствора поваренной соли и других веществ в процессе перемешивания компонентов гидратация белков сопровождается протекающими одновременно процессами растворения и набухания. Гидратация повышает липкость пищевой массы, в результате чего она хорошо формуется в готовые изделия.

От степени гидратации белков в значительной мере зависит такой важный показатель качества готовых продуктов, как сочность. При оценке роли гидратационных процессов необходимо иметь в виду, что в пищевых продуктах наряду с адсорбционной водой, прочно связанной белками, содержится осмотически и капиллярно-связанная вода, которая также влияет на качество продукции.

Денатурация белков это нарушение нативной пространственной структуры белковой молекулы под влиянием различных внешних воздействий, сопровождающееся изменением их физико-химических и биологических свойств. При этом нарушаются вторичная и третичная структуры белковой молекулы, а первичная, как правило, сохраняется.

Денатурация белков происходит при нагревании и замораживании пищевых продуктов под действием различных излучений, кислот, щелочей, резких механических воздействий и других факторов.

При денатурации белков происходят следующие основные изменения [15, 19]:

резко снижается растворимость белков;

теряется биологическая активность, способность к гидратации и видовая специфичность;

улучшается атакуемость протеолитическими ферментами;

повышается реакционная способность белков;

происходит агрегирование белковых молекул;

заряд белковой молекулы равен нулю.

Потеря белками биологической активности в результате тепловой денатурации приводит к инактивации ферментов и отмиранию микроорганизмов.

В результате потери белками видовой специфичности пищевая ценность продукта не снижается.

Рассмотрим наиболее распространенную тепловую денатурацию белковых молекул, сопровождаемую разрушением слабых поперечных связей между полипептидными цепями и ослаблением гидрофобных и других взаимодействий между белковыми цепями. В результате этого изменяется конформация полипептидных цепей в белковой молекуле. Например, фибриллярные белки изменяют свою эластичность, у глобулярных белков развертываются белковые глобулы с последующим свертыванием по новому типу. Прочные (ковалентные) связи белковой молекулы при этом не нарушаются. Глобулярные белки изменяют растворимость, вязкость, осмотические свойства и электрофоретическую подвижность.

Каждый белок имеет определенную температуру денатурации t. Для белков рыбы t = 30°С, яичного белка t = 55...50° С, мяса t = 55...60°С и т.п.

При значениях рН среды, близких к изоэлектрической точке белка, денатурация происходит при более низкой температуре и сопровождается максимальной дегидратацией белка. Смещение рН среды способствует повышению термостабильности белков.

Направленное изменение рН среды широко используется в технологии для улучшения качества блюд. Так, при тушении мяса, рыбы, мариновании, перед жаркой добавляют кислоту, вино или другие кислые приправы для создания кислой среды со значениями рН ниже изоэлектрической точки белков продукта. В этих условиях дегидратация белков в продуктах уменьшается и готовое блюдо получается более сочным.

Температура денатурации белков повышается в присутствии других, более термостабильных белков и некоторых веществ небелковой природы, например, сахарозы.

Денатурация некоторых белков может происходить без видимых изменений белкового раствора (например, у казеина молока). Пищевые продукты, доведенные тепловой обработкой до готовности, могут содержать некоторое количество нативных, неденатурированных белков, в том числе некоторых ферментов.

Денатурированные белки способны к взаимодействию между собой.

При агрегировании за счет межмолекулярных связей между денатурированными молекулами белка образуются как прочные, например, дисульфидные связи, так и слабые, например, водородные.

При агрегировании образуются более крупные частицы. Например, при кипячении молока выпадают в осадок хлопья денатурированного лактоальбумина, образуются хлопья и пена белков на поверхности мясных и рыбных бульонов.

При денатурации белков в более концентрированных белковых растворах в результате их агрегирования образуется студень, удерживающий всю содержащуюся в системе воду.

Основные денатурационные изменения мышечных белков завершаются при достижении 65°С, когда денатурирует более 90% общего количества белков. При t = 70°С начинается денатурация миоглобина и гемоглобина, сопровождающаяся ослаблением связи между глобином и гемоглобином, который затем отщепляется и, окисляясь, меняет окраску, вследствие чего цвет мяса становится буровато-серым.

При нагревании мяса существенные денатурационные изменения происходят с белками соединительной ткани. Нагревание коллагена во влажной среде до t = 58...62°С вызывает его "сваривание", при котором ослабевает и разрывается часть водородных связей, удерживающих полипептидные цепи в трехмерной структуре. Полипептидные цепи при этом изгибаются и скручиваются, между ними возникают новые водородные связи, имеющие случайный характер. В итоге коллагеновые волокна укорачиваются и утолщаются.

Коллаген, подвергнутый тепловой денатурации, становится более эластичным и влагоемким, его прочность значительно уменьшается. Реакционная способность коллагена также возрастает, и он становится более доступным действию пепсина и трипсина, что повышает его перевариваемость.

Все эти изменения тем больше, чем выше температура и длительнее нагрев.

Деструкция белков. При нагревании пищевых продуктов до 100°С происходит разрушение макромолекул денатурированных белков. На первом этапе изменений от белковых молекул могут отщепляться такие летучие продукты, как аммиак, сероводород, диоксид углерода и другие соединения.

Накапливаясь в продукте и окружающей среде эти вещества участвуют в образовании вкуса и аромата готовой пищи.

При дальнейшем воздействии температуры происходит деполимеризация белковой молекулы с образованием водорастворимых азотистых веществ. Например, при продолжении нагрева сваренного коллагена происходит его дезагрегация, связанная с разрывом водородных связей и приводящая к образованию полидисперсного продукта глютина.

Этот процесс называется пептизацией. Глютин при 40°С и выше неограниченно растворяется в воде, а при охлаждении его растворы образуют студни. Глютин легко расщепляется протеазами и, следовательно, легко переваривается.

При нагревании одновременно с пептизацией происходит гидролиз глютина с образованием конечных продуктов, называемых желатозами.

Продукт гидротермической дезагрегации коллагена, способный образовывать прочные, не плавящиеся при t = 23...27°С студни, называется желатином.

При температуре выше 100°С наблюдается дальнейший гидролиз мышечных белков до полипептидов, которые, в свою очередь, гидролизуются до аминокислот и других низкомолекулярных азотистых соединений.

Степень гидролиза белков тем выше, чем выше температура и длительнее нагрев. Однако с повышением температуры и увеличением длительности нагрева скорость распада полипептидов возрастает более интенсивно, чем скорость распада белков до полипептидов. Чрезмерный распад коллагена при длительном нагревании свыше 100°С приводит к “разволакиванию” тканей, а глубокий гидролиз глютина к образованию низкомолекулярных соединений, что уменьшает способность бульона к студнеобразованию.

Длительный нагрев при температуре более 100°С вызывает также некоторое ухудшение перевариваемости белков мяса.

Очень продолжительное нагревание при высоких температурах (180300°С) обусловливает деструкцию аминокислот и образование полиаминокислотных комплексов. Нагрев вызывает существенные изменения экстрактивных веществ. При варке мяса глютамин превращается в глютаминовую кислоту, а инозиновая кислота распадается с образованием гипоксантина. Эти процессы играют решающую роль в формировании вкуса и аромата вареного мяса. Большое значение в формировании аромата, вкуса и цвета продуктов имеет реакция взаимодействия между аминогруппами аминокислот, аминов, полипептидов или белков и гликозидными гидроксильными группами сахаров (реакция Майяра).

Деструкция белков наблюдается при производстве некоторых видов теста. При этом разрушение внутримолекулярных связей в белках происходит при участии протеолитических ферментов, содержащихся в муке и вырабатываемых дрожжевыми клетками.

Липиды (от греческого "липос" жиры) это обширная группа нерастворимых в воде органических веществ, которые содержатся в продуктах животного и растительного происхождения и могут быть экстрагированы из них неполярными растворителями, такими, как хлороформ, эфир или бензол.

К липидам относятся нейтральные жиры (глицериды, ацилглицерины), фосфоглицериды (фосфолипиды), сфинголипиды и гликолипиды, воска, терпены, стерины, эфирные масла.

Общебиологическая роль липидов заключается в том, что они являются структурными компонентами клеточных мембран, представляют собой самый концентрированный из всех пищевых веществ источник энергии и выполняют ряд защитных функций. В состав клеточных мембран входят фосфоглицериды (фосфолипиды), содержащие в глицериновом эфире одну фосфорную и две жирные кислоты (одна насыщенная, вторая ненасыщенная). В состав мембран растительных и животных клеток входят сфинголипиды, содержащие одну молекулу жирной кислоты, одну молекулу ненасыщенного аминоспирта сфингозина или его насыщенного аналога дигидросфингозина, одну молекулу фосфорной кислоты и одну молекулу спирта, но не глицерина.

В продуктах животного происхождения содержится, как правило, больше липидов, чем в растительных, и представлены они в основном нейтральными жирами. Основной структурной единицей главных классов и подклассов липидов и прежде всего ацилглицеринов являются насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Именно эти кислоты определяют физико-химические свойства липидов (консис-тенцию, растворимость в органических растворителях, реакционную способность, температуру затвердевания и т.д.).

Ацилглицерины являются одним из основных компонентов химического состава продуктов животного, а в ряде случаев растительного происхождения, лимитирующими продолжительность хранения и технологические режимы переработки пищевого сырья и получения жира.

В состав ацилглицеринов тканевых жиров (говяжий, бараний, свиной, куриный, молочный) входят в основном жирные кислоты, содержащие 1618 углеродных атомов (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая). В меньшем количестве в составе ацилглицеринов представлены жирные кислоты, содержащие от 2 до 14 или от 20 до 22 углеродных атомов. Эти одноосновные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными. В животных жирах содержится больше насыщенных кислот, в растительных ненасыщенных (олеино-вой С18:1, линолевой С18:2, линоленовой С18:3, арахидоновой С20:4 ). Важ-ное биологическое значение имеют входящие в состав жиров ненасыщенные жирные кислоты с 18 углеродными атомами.

Биохимические и физико-химические изменения жиров В процессе переработки и хранения жиросодержащих продуктов или выделенных из них жиров происходят многообразные превращения их под влиянием биологических, физических и химических факторов.

В результате этих превращений изменяется химический состав, ухудшаются органолептические показатели и пищевая ценность жиров, что может привести к их порче [20].

Независимо от технологических режимов переработки и хранения, а также вида жира в них протекают однотипные изменения, сводящиеся к гидролизу и окислению. Эти процессы протекают по схеме, представленной на рис. 1. Преобладание в жире гидролитического или окислительного процесса зависит от температуры, наличия кислорода, света, воды, продолжительности нагревания, присутствия веществ, ускоряющих или замедляющих эти процессы. Поэтому основные способы тепловой обработки жиросодержащих продуктов и жиров (варка, жарка) различаются по степени и характеру воздействия на жир. При варке преобладают гидролитические процессы, при жарке окислительные. В любом случае качество жира оценивают по кислотному, перекисному, ацетильному числам, содержанию альдегидов, кетонов и других соединений.

Гидролитическое расщепление жиров протекает с обязательным участием воды и может быть как ферментативным, так и не ферментативным. В тканевых жирах, жире-сырце (внутренний жир), жире мяса, плодов и овощей, жире сырокопченостей и т.п. под влиянием тканевых липаз наблюдается гидролиз ацилглицеринов, сопровождающийся накоплением жирных кислот и, как следствие, повышением кислотного числа. Скорость и глубина гидролиза жира зависят от температуры: процесс ферментативного катализа значительно ускоряется при температуре выше 20°С; снижение температуры замедляет процесс гидролиза, но даже при минус 40°С ферментативная активность липаз проявляется, но в слабой мере.

При неблагоприятных условиях (влага, повышенная температура) может произойти гидролитическая порча жиров, вызванная не только действием ферментов, но и других факторов: кислот, щелочей, окислов металлов и других неорганических катализаторов, а также ферментов микроорганизмов.

Образование в жире при гидролитическом распаде небольшого количества высокомолекулярных жирных кислот не вызывает изменения вкуса и запаха продукта. Но если в составе триглицеридов (молочный жир) имеются низкомолекулярные кислоты, то при гидролизе могут появиться капроновая и масляная кислоты, характеризующиеся неприятным запахом и специфическим вкусом, резко ухудшающими органолептические свойства продукта.

Низкомолекулярные В топленых жирах автолитического (ферментативного) расщепления жиров не наблюдается, так как в процессе вытопки при температуре около 60°С липаза, содержащаяся в жировой ткани, инактивируется. Гидролитическая порча топленого жира происходит при наличии влаги, в результате обсеменения микрофлорой, неполной денатурации белков при вытопке жира из жировой ткани или под воздействием катализаторов.

Окислительные изменения. В процессе переработки и хранения жиров возможно ухудшение их качества в результате окислительных процессов, глубина и скорость которых зависят от природных свойств жира, температуры, наличия кислорода и света. Эти факторы могут вызвать окислительную порчу жиров.

Различают автоокисление и термическое окисление жиров. Автоокисление жиров протекает при низких температурах в присутствии газообразного кислорода. Термическое окисление происходит при температуре 140200° С. Между термическим и автоокислением есть много общего, однако состав образующихся продуктов несколько различается.

Продукты, образующиеся при автоокислении и термоокислении, подразделяются на три группы:

1. Продукты окислительной деструкции жирных кислот, в результате которой образуются вещества с укороченной цепью.

2. Продукты изомеризации, а также окисленные ацилглицерины, которые содержат то же количество углеродных атомов, что и исходные ацилглицерины, но отличаются от последних наличием в углеводородных частях молекул жирных кислот новых функциональных групп, содержащих кислород.

3. Продукты окисления, содержащие полимеризованные или конденсированные жирные кислоты, в которых могут находиться и новые функциональные группы, имеющие в своем составе кислород.

Кроме того, продукты окисления делятся на термостойкие и нетермостойкие.

Первичными продуктами окисления являются перекиси, активирующие окисление других молекул. Благодаря этому реакция окисления носит цепной характер. Механизм окисления жиров в настоящее время изучен.

Теория цепных реакций разработана академиком Н. Н. Семеновым и его учениками при изучении кинетики химических процессов. Процессы окисления жиров подробно изложены в ряде учебников [15, 19, 20], поэтому в данном разделе подробно не излагаются.

Окислению подвергаются в первую очередь ненасыщенные жирные кислоты, но могут окисляться также и насыщенные кислоты с образованием гидроперекисей. При глубоком окислении жиров возможно образование циклических перекисей СНСНСНСН2 и эпоксидных соединений Содержание перекисных соединений в жире оценивают по величине перекисного числа. Это довольно чувствительный показатель, и по его значению судят о начале и глубине окисления жира. В свежем жире перекисей нет. На начальных стадиях окисления в течение некоторого времени химические и органолептические показатели жира почти не изменяются. Этот период, имеющий различную продолжительность, называется индукционным. После индукционного периода жир начинает портиться. Обнаруживается это по увеличению перекисного числа и изменению органолептических свойств жира.

Наличие индукционного периода объясняется тем, что в начале процесса молекул с повышенной кинетической энергией (возбужденных или свободных радикалов) очень мало. Обусловлено это также содержанием в жире естественных антиокислителей: каротиноидов, токоферолов, лецитинов, которые более активно взаимодействуют со свободными радикалами и с кислородом воздуха и тем самым препятствуют окислению жиров. Продолжительность индукционного периода зависит от концентрации антиокислителей, природы жира и условий переработки и хранения.

Животные жиры, в составе которых меньше ненасыщенных жирных кислот, более устойчивы, чем растительные.

Процесс автоокисления жиров значительно ускоряется в присутствии влаги, света и катализаторов. Такими катализаторами могут быть легкоокисляющиеся металлы (окислы или соли железа, меди, свинца, олова), а также органические соединения, содержащие железо, белки, гемоглобин, цитохромы и другие.

Каталитическое действие металлов основано на способности их легко присоединять или отдавать электроны, что приводит к образованию свободных радикалов из гидроперекисей жирных кислот.

Активными катализаторами являются ферменты, главным образом ферменты микроорганизмов. Поэтому загрязнение жиров, особенно бактериальное обсеменение, ускоряет процесс окисления жиров.

Перекиси и гидроперекиси являются неустойчивыми соединениями, поэтому происходит их распад с образованием свободных радикалов, например, RООН RО + ОН и других.

При этом протекают последующие разнообразные реакции, в результате которых накапливаются вторичные продукты: оксисоединения, альдегиды, кетоны, низкомолекулярные кислоты и другие.

При окислении жиров обнаружен ряд альдегидов, представляющих собой продукты распада цепи жирных кислот: нониловый, азолаиновый, гептиловый, малоновый. Дальнейшее превращение низкомолекулярных альдегидов ведет к появлению низкомолекулярных спиртов, жирных кислот и к новому разветвлению окислительной цепи.

Кетоны, как и альдегиды, образуются окислительным путем в результате дальнейших превращений перекисей, например, в результате их дегидратации.

Предполагают, что в присутствии ферментов микроорганизмов кетоны могут образовываться по типу -окисления, т. е. с участием воды.

При окислении жиров теряется естественная окраска; специфический вкус и запах продукта; появляется посторонний, иногда неприятный привкус, аромат; теряется биологическая ценность.

Первичные продукты окисления перекиси органолептически не обнаруживаются, однако, по их содержанию можно судить о глубине порчи жира, пригодности его для длительного хранения и употребления в пищу.

Вторичные продукты окисления ухудшают органолептические показатели жира. При этом различают два основных вида порчи жира прогоркание и осаливание.

Прогоркание происходит в результате накопления в жирах низкомолекулярных продуктов: альдегидов, кетонов, низкомолекулярных жирных кислот. В этом случае жир приобретает прогорклый вкус и резкий, неприятный запах. Прогоркание жиров может происходить вследствие химических и биохимических процессов.

При химическом прогоркании, протекающем в жире под действием кислорода воздуха, накапливаются свободные жирные кислоты, иногда низкомолекулярные, не свойственные данному жиру, увеличивается перекисное число, образуются летучие карбонильные соединения альдегиды и кетоны. Именно эти соединения придают запах прогорклости жиру.

При биохимическом прогоркании, протекающем с участием ферментов плесеней, образуются кетокислоты и метилалкилкетоны в результате окисления свободных жирных кислот, образующихся при гидролизе под действием липаз. При этом из кислот образуются кетоны, содержащие на один атом углерода меньше, чем в исходной кислоте: из капроновой метилпропилкетон, каприновой метилгептилкетон, лауриновой метилонилкетон и т.д.

Кетонное прогоркание иногда называют "душистым прогорканием" в связи со своеобразным запахом продуктов окислительной порчи.

Осаливание жиров сопровождается исчезновением окраски, уплотнением жира и появлением салистой консистенции в результате окислительных изменений жира. При осаливании образуется значительное количество оксисоединений в результате распада на свету первичных органических перекисей и появления свободных радикалов ОН и НО при фотохимическом воздействии на жир.

Возникающие радикалы, взаимодействуя с молекулами жирных кислот, образуют оксикислоты. Количество их определяют по ацетильному числу, которое возрастает с увеличением количества оксигрупп.

Образовавшиеся оксикислоты вовлекаются в процесс полимеризации, в результате чего образуются высокомолекулярные соединения и жир приобретает характерную салистую, мазеобразную консистенцию. Осалившийся жир характеризуется также специфическим неприятным запахом и вкусом.

Изменение окраски жиров связано с разрушением каротиноидов, которое наступает до начала окислительных изменений. При этом жир обесцвечивается, иногда принимает зеленоватую окраску, изменяется его спектр поглощения. Эти изменения каротиноидов позволяют обнаружить окислительные изменения жиров на ранних стадиях. При этом происходит распад токоферолов.

Наиболее интенсивно окислительная порча происходит при продолжительном нагреве жиров при высоких температурах 180300°С. Такой нагрев сопровождается снижением содержания ненасыщенных жирных кислот и накоплением перекисей, карбонильных соединений, летучих кислот и продуктов сополимеризации.

При температуре свыше 200°С может произойти термическое разложение жира с выделением дыма (пиролиз). Температура, при которой начинается выделение дыма, называется температурой (или точкой) дымообразования, или пиролиза. На эту температуру оказывают влияние вид жира, содержание свободных жирных кислот, материал и размер посуды, наличие металлов и другие факторы. Например, увеличение в свином жире содержания свободных жирных кислот с 0,02 до 0,81% уменьшает температуру пиролиза с 221 до 150°С. Железо и медь катализируют пиролиз жира.

Продукты пиролиза ухудшают цвет жира при жарке пищевых продуктов. Потемнение жира происходит за счет загрязнения его веществами пирогенетического распада, образующихся при обугливании мелких частиц, реакций меланоидинообразования и карамелизации, а также накопления темноокрашенных продуктов окисления самого жира.

Изменение запаха жира при длительной жарке продуктов вызвано образованием акролеина. Образующиеся при жарке карбонильные соединения, содержащие 3, 5, 7 атомов углерода, ухудшают запах и вкус жира, а содержащие 4, 6, 10, 12 атомов углерода придают жиру приятный запах жареного.

Изменение биологической ценности жира. В результате окисления изменяются не только органолептические свойства жира, но и снижается его пищевая, в том числе биологическая ценность. Это связано с окислением жизненно необходимых ненасыщенных жирных кислот, а также с разрушением каротиноидов, токоферолов, фосфатов и других биологически активных веществ. Кроме того, первичные продукты окисления, перекиси оказывают токсическое действие на организм. В то же время перекиси в процессе разнообразных реакций образуют вещества, содержащие карбонилы, а также полимерные соединения, ухудшающие усвояемость жира, снижающие биологическую ценность, а иногда обладающие канцерогенными свойствами. Накопление таких продуктов специфического состава и строения происходит наиболее интенсивно при продолжительном нагревании жира при высоких температурах (выше 180°С).

Для предотвращения окислительных процессов в жирах необходимо уменьшить или исключить контакт жира прежде всего с кислородом воздуха. Без доступа кислорода даже длительное нагревание при 180190°С не вызывает заметных окислительных изменений жира. Увеличению контакта с воздухом способствует нагревание жира тонким слоем, жарка продуктов пористой структуры, сильное вспенивание и перемешивание жира.

Сравнительно недавно для стабилизации фритюрных жиров стали применять кремнийорганические жидкости (полиметилсилоксаны). Эти соединения, образуя на поверхности жира тонкую пленку и подавляя его вспенивание, затрудняют взаимодействие жира с кислородом.

Жир целесообразно хранить в герметичной таре, в вакуумной упаковке или в атмосфере инертного газа при отрицательных температурах. В жирах не должно быть легкоокисляющихся металлов (меди, железа, марганца), их солей или органических производных соединений свинца, олова и других металлов.

Для замедления окислительных процессов в жирах применяют антиоксиданты.

При переработке и хранении пищевого сырья и продуктов углеводы претерпевают сложные и разнообразные превращения, зависящие от состава углеводного комплекса, температуры и рН среды, влажности, наличия ферментов, присутствия в продуктах других компонентов, взаимодействующих с углеводами (белков, липидов, органических кислот и других).

Простые и сложные углеводы содержатся в основном в продуктах растительного происхождения. Единственный полисахарид гликоген имеется в продуктах животного происхождения.

Основными процессами, протекающими в углеводах при различных видах технологической обработки и хранения пищевых продуктов, являются следующие:

кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов;

брожение моно- и дисахаридов;

меланоидинообразование;

карамелизация.

Процесс брожения моносахаридов подробно изложен в учебной литературе [1, 15, 19] и поэтому в данном пособии не рассматривается.

Гидролиз ди- и полисахаридов наиболее распространенный процесс, протекающий в пищевых продуктах при тепловой и холодильной обработке, а также при хранении картофеля, плодов и овощей в охлажденном и замороженном состоянии.

Гидролиз ди- и полисахаридов. При нагревании дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) под действием кислот или в присутствии ферментов распадаются на моносахариды. Сахароза в водных растворах под влиянием кислот присоединяет молекулу воды и гидролизуется на равное количество глюкозы и фруктозы, вращающих плоскость поляризации влево, а не вправо, как сахароза.

Такое преобразование называется инверсией, а эквимолекулярная смесь глюкозы и фруктозы инвертным сахаром, который имеет более сладкий вкус, чем сахароза.

Полисахариды также при нагревании под действием кислот или в присутствии ферментов подвергаются гидролизу с образованием низкомолекулярных соединений, принимающих участие в обменных процессах.

Из высокомолекулярных полисахаридов существенным изменениям подвергаются крахмал и пектиновые вещества.

Крахмал. (С6 Н10 О5)n состоит из амилозы и амилопектина, содержит много молекул D-глюкозы, соединенных между собой -глюкозидными связями. В крахмале различных плодов и овощей относительное содержание амилозы и амилопектина колеблется в широких пределах. В растительной ткани крахмал откладывается в запас в виде зерен. Эти зерна содержат 9697% амилозы и амилопектина, бел- ка около 1%, жирных кислот до 0,6% и минеральных веществ до 0,7%. Минеральные вещества в крахмале представлены фосфорной кислотой. В картофельном крахмале ее содержится около 0,18% или в 34 раза больше, чем в крахмале зерновых культур. От количества фосфора зависит степень вязкости крахмала.

Крахмальные зерна разных растений заметно различаются по размеру и строению (в картофеле они крупнее, в рисе мельче). С размером крахмальных зерен связаны консистенция картофельного клубня и рассыпчатость после варки. Так, при гидролизе крахмала конечными продуктами распада являются мальтоза и D-глюкоза, затем гидролиз крахмала определяется особенностями строения крахмала, в частности:

-амилоза состоит из длинных неразветвленных цепей, в которых все D-глюкозные единицы соединены (14)-связями. В воде амилоза не дает истинного раствора, но образует гидратированные мицеллы. Амилопектин также образует коллоидные или мицеллярные растворы, его цепи сильно разветвлены: молекулы глюкозы в ветви соединены гликозидными связями (14)-типа, но связи в точках ветвления относятся к (16)-типу. Основные компоненты крахмала могут быть гидролизованы ферментативным путем двумя способами.

Амилоза может быть гидролизована ферментом -амилазой ( (14)глюкан-4-глюканогидролаза) с разрывом (14)-связи амилозных цепей и с образованием глюкозы и мальтозы. Кроме того, амилоза может быть гидролизована ферментом -амилазой ( (14)-глюканмальтогидролаза) до декстринов и мальтозы. Декстрины это полисахариды с промежуточной длиной цепи, образующиеся в результате действия амилаз.

Амилопектин также гидролизуется - и -амилазами до остаточного декстрина конечного продукта гидролиза, представляющего собой крупную, сильно разветвленную "сердцевину" полисахарида. Это связано с тем, что - и -амилазы не способны расщеплять (16)-связи, имеющиеся в точках ветвления амилопектина.

(16)-связи, находящиеся в точках ветвления, гидролизуются особыми ферментами: (16)-глюкозидами. При совместном действии амилазы и (16)-глюкозидазы амилопектин может быть полностью расщеплен до мальтозы и глюкозы. Конечные продукты гидролиза (мальтоза и глюкоза) могут образовываться при нагревании крахмалсодержащих продуктов в кислой среде.

При варке пищевых продуктов происходит насыщение растительных клеток водой: амилоза растворяется в горячей воде при температуре 6080°С, амилопектин образует при этих же условиях набухшую студенистую массу клейстер. Поглощение воды клейстеризующимся крахмалом достигает 100200%. В кислой среде крахмал гидролизуется до конечных продуктов неферментативным путем, на чем основан один из методов определения содержания крахмала в пищевых продуктах.

Пектиновые вещества представляют собой полимерные соединения с молекулярной массой от 10 до нескольких сотен тысяч и состоят в основном из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных -14-гликозидной связью.

Свободные карбоксильные группы полигалактуроновой кислоты могут образовывать сложные эфиры со спиртами (этерификация). Степень этерификации метанолом карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты изменяется в широких пределах в зависимости не только от вида плодов и овощей, но и от их органов.

Номенклатура пектиновых веществ основана на степени метоксилирования карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты.

Пектиновая кислота высокомолекулярная полигалактуроновая кислота, часть карбоксильных групп которой этерифицирована метиловым спиртом. Хорошо растворима в воде.

Пектовая кислота это полигалактуроновая кислота без метоксильных групп. Растворимость пектовой кислоты меньше, чем пектиновой. Пектовая кислота образует соли пектаты.

Пектины пектиновые кислоты, карбоксильные группы которых в различной степени метоксилированы и нейтрализованы.

Протопектин условное название соединений, характеризующихся в основном нерастворимостью в воде и способностью при осторожном гидролизе образовывать пектиновые кислоты.