Тема: Предмет харчової хімії. Поживні речовини у харчуванні людини. Вода y харчових системах. Мінеральні речовини.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ЗАТВЕРДЖУЮ

Ректор_________________ С.В. Іванов_

«___»_____________2014 р.

С.І ШУЛЬГА

О.І. МАЙБОРОДА

Н.В. СІМУРОВА

І.В. ПОПОВА

Л.М. МАЗУР

Н.Ю. ЗІНЧЕНКО

ХАРЧОВА ХІМІЯ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

Для студентів за напрямами підготовки: 6.051701 «Харчова технологія та інженерія», 6.051301. «Хімічна технологія», 6.051401 «Біотехнологія»

6.040106 «Екологія навколишнього середовища та збалансоване природокористування» денної та заочної форм навчання

Всі цитати, цифровий та фактичний

матеріал, бібліографічні відомості

перевірені. Написання одиниць

відповідає стандартам.

Підпис(и) автора(ів)________________

«___» _________________2014 р.

КИЇВ НУХТ 2014

Харчова хімія. [Електронний ресурс] :конспект лекцій для студентів за напрямами підготовки: 6.051701 «Харчова технологія та інженерія», 6.051301. «Хімічна технологія», денної та заочної форм навчання / уклад. С.І. Шульга, О.І. Майборода,Н.В. Сімурова, І.В. Попова, Л.М. Мазур, Н.Ю. Зінченко. – К.: НУХТ, 2014. - 131 с.

Рецензент:канд. хім. наук

С.І. ШУЛЬГА, канд. хім. наук

О.І. МАЙБОРОДА, канд. хім. наук

Н.В СІМУРОВА, канд. хім. наук

І.В. ПОПОВА, канд. тех. наук

Л.М. МАЗУР, канд. хім. наук

Н.Ю. ЗІНЧЕНКО

Подано в авторській редакції

© С.І. Шульга, О.І. Майборода, Н.В. Сімурова,

І.В. Попова, Л.М. Мазур, Н.Ю. Зінченко, 2014

© НУХТ, 2014

ПЕРЕДМОВА

Зміст

Тема: Предмет харчової хімії. Поживні речовини у харчуванні людини. Вода y харчових системах. Мінеральні речовини.

Серед основних проблем, що стоять перед суспільством в наш час, є забезпечення населення земної кулі продуктами харчування, тому, що від складу і якості продуктів харчування залежить забезпеченість нашого організму пластичним матеріалом і енергією, працездатність, здоров'я, здатність людини до відтворення.

Однією з найважливіших причин погіршення показників здоров'я населення в усьому cвіті на сьогоднішній день є незадовільне, неповноцінне харчування, що визначається низкою факторів:

· надмірне споживання тваринних жирів ;

· дефіцит поліненасичених жирних кислот ;

· дефіцит повноцінних (тваринних) білків ;

· дефіцит вітамінів (аскорбінової кислоти, рибофлавіну (В₂), тіаміну (В₁), фолієвої кислоти, ретинолу (А) і (b-каротину, токоферолу та інших);

· дефіцит мінеральних речовин (кальцію, заліза);

· дефіцит мікроелементів (селену, цинку, Йоду, Флуору);

· дефіцит харчових волокон.

Таким чином, організація здорового харчування населення – складний і багатофакторний процес, що залежить від екологічної ситуації, забезпеченості населення, досягнень медицини, фундаментальних наук (фізики, хімії, мікробіології), нових технологічних можливостей, які з'явилися у виробників продуктів харчування. Все це вимагає докорінного вдосконалення технології отримання традиційних продуктів та створення нового покоління харчових продуктів. Ці напрямки в значній мірі охоплюються харчовою хімією.

Предмет харчової хімії – це сфера харчування людини. Харчова хімія – це наука про хімічний склад харчових систем (сировина, напівпродукти, готові харчові продукти) та його зміни в ході технологічного процесу та в організмі людини. Харчова хімія займається розробкою нових методів аналізу та системи управління якістю. Хімічний склад харчових продуктів представлений білками,вуглеводами, ліпідами.

В усі періоди існування людини добування їжі було життєво важливою проблемою і зараз в багатьох країнах Азії та Африки не вистачає продуктів харчування. В усьому світі виникають проблеми, щодо якості продуктів харчування.

Продукти харчування повинні задовольняти потреби людини в харчових речовинах і енергії, а також виконувати профілактичні та лікувальні функції. Робота в цій області передбачає використання спеціальної термінології, встановленої експертами Міжнародної організації по стандартизації – ISO (ІСО). Якість продукції – це сукупність властивостей і характеристик продукції, які повинні задовольняти потреби в основних харчових речовинах (нутрієнтах), у високих органолептичних показниках, і забезпеченні безпеки для здоров'я людини. Задоволення потреб населення у високоякісних продуктах харчування - одна з основних соціально-економічних проблем сьогодення. Контроль якості продуктів повинен здійснюватись на виробництві. Виробничий контроль – це контроль дотримання стандартів, медико-біологічних вимог та санітарних норм на всіх етапах виробництва, що включають приймання і зберігання сировини, технологічну обробку, зберігання і реалізацію готової продукції.

Основні класи речовин, що входять до складу продуктів харчування представлені білками,вуглеводами, ліпідами та вітамінами. Академік О.О. Покровський класифікував компоненти їжі на аліментарні – харчові та неаліментарні – нехарчові (див. рис. 1).

Аліментарні речовини поділяються на макронутрієнти та мікронутрієнти. До макронутрієнтів належать білки, жири, вуглеводи та макроелементи, до мікронутрієнтів – мікроелементи та вітаміни.

Нутрієнти, які не синтезуються в організмі або утворюються в недостатній кількості, називаються незамінними, або есенціальними. До них належать незамінні амінокислоти, незамінні жирні кислоти, мінеральні речовини та вітаміни. Вони входять до структури тканинних білків, ліпідів, ферментів, гормонів і забезпечують функціонування організму.

До неаліментарних речовин належать баластні речовини (за теорією адекватного харчування О.М. Уголєва ці речовини віднесені до аліментарних, які необхідні у харчуванні у певних межах – від 20 до 65 г/добу), попередники синтезу біологічно активних речовин, флаворні та шкідливі речовини – отруйні й антиаліментарні речовини.

Вода не є поживною речовиною, але вона життєво необхідна, як стабілізатор температури тіла, переносник нутрієнтів (поживних речовин) і травних відходів, реагент і реакційне середовище в ряді хімічних перетворень. Крім того, вода формує органолептичні показники продукту.

Вміст вологи (%) у харчових продуктах змінюється в широких межах: від 5 – 15% в борошні, сухому молоці, маслі, маргарині до 85 – 95% у молоці, фруктах, овочах, пиві, соках.

На відміну від інших речовин вода характеризується рядом аномалій. Для неї характерні висока температура кипіння 100°C і плавлення 0°C, високі значення теплоти фазових переходів (плавлення 6,01 кДж/моль, пароутворення 40,63 кДж / моль, сублімації 50,91 кДж / моль). Крім того, вода має аномально високу теплоємність і, таким чином, є регулятором температури в живих організмах і в цілому на земній кулі. Вода розширюється при замерзанні, внаслідок чого щільність льоду нижче, ніж води.

Вода при атмосферному тиску може існувати в станах рідини, пари та льоду.

Аномальні властивості води визначаються її структурою. Так в молекулі води шість валентних електронів кисню гібридизовані в чотирьох sр³ – орбіталях, які витягнуті до кутів, утворюючи тетраедр. Дві гібридні орбіталі утворюють О–Н ковалентні зв'язки, тоді як інші дві орбіталі мають неподілені електронні пари. Ковалентні О–Н зв'язки, завдяки високій електронегативності атома Оксигену, частково мають іонний характер. Таким чином, молекула води має два негативних і два позитивних заряди по кутах тетраедра, тобто має дипольну структуру. Внаслідок цього, кожна молекула води координована з чотирма іншими молекулами води завдяки водневим зв'язкам, що забезпечує більшу силу взаємодії між молекулами і пояснює особливі фізичні властивості води.

З хімічної точки зору вода є досить реакційноздатною речовиною. Вона з'єднується з багатьма оксидами металів і неметалів, взаємодіє з активними металами, бере участь в реакціях перетворення білків, ліпідів, вуглеводів.

При додаванні різних речовин до води змінюються властивості як самої речовини, так і води. З зарядженими йонами металів і кислот вода міцно зв'язується йонними зв'язками. З нейтральними, але полярними молекулами (спирти, аміни, альдегіди, кетони) вода зв'язується водневими зв'язками (більш слабкі, ніж йонні зв'язки). З неполярними речовинами (вуглеводні) вода хімічно не взаємодіє, але утворює навколо них сітку з молекул води.

Вільна і зв'язана волога в харчових продуктах.

У забезпеченні стійкості продукту при зберіганні важливу роль відіграє співвідношення вільної та зв'язаної вологи.

Вільна волога – це волога, не зв'язана полімером і доступна для протікання біохімічних, хімічних і мікробіологічних реакцій. Зв'язана волога – це асоційована вода, міцно пов'язана з різними компонентами – білками, ліпідами і вуглеводами за рахунок хімічних і фізичних зв'язків. Для зв'язаної води характерні наступні властивості: 1. існує поблизу розчиненої речовини та інших наведених речовин і має властивості, відмінні від властивостей вільної води ; 2. не може служити розчинником для доданих речовин; 1. не замерзає при низьких температурах (-40°С і нижче). « Зв'язування води» і « гідратація » – це здатність води до асоціації з різним ступенем міцності з гідрофільними речовинами. Розмір і сила зв'язування води або гідратації залежить від таких факторів, як природа неводного компонента, його сольовий склад, рН, температура. Найбільш міцно зв'язаною є так звана органічно зв'язана вода. Вона являє собою дуже малу частину води в високовологих харчових продуктах і знаходиться, наприклад, в щілинних областях білка або у складі хімічних гідратів. Іншою дуже міцно зв'язаною водою є прилегла волога, що представляє собою моношар при більшості гідрофільних груп неводного компонента. До моношару примикає багатошарова вода (вода полімолекулярної адсорбції), що утворює декілька шарів за близько прилеглою водою. Багатошарова вода – це менш міцно пов'язана волога. У харчових продуктах є також вода, яка утримується макромолекулярною матрицею. Наприклад, гелі пектину і крохмалю, рослинні і тваринні тканини при невеликій кількості органічного матеріалу можуть фізично утримувати великі кількості води. Ця вода не виділяється з харчового продукту навіть при великому механічному зусиллі. З іншого боку, в технологічних процесах обробки вона веде себе майже як чиста вода. Її, наприклад, можна видалити при висушуванні або перетворити на лід при заморожуванні.

Активність води

З світової практики відомо, що існує взаємозв'язок (між вмістом вологи харчових продуктів та їх збереженням (або псуванням). Однак часто різні харчові продукти з одним і тим же вмістом вологи псуються по-різному, що можна пояснити різним співвідношенням «вільної» і « зв'язаної » вологи. Щоб врахувати ці фактори, було введено термін «активність води». Цей показник добре корелюється зі швидкістю багатьох руйнівних реакцій. Активність води (a_w) – це відношення тиску парів води над даним продуктом до тиску парів над чистою водою при тій же температурі. За величиною активності води виділяють: продукти з високою вологістю (a_w= 0,9 – 1,0) (фрукти, овочі, молоко і рідкі молочні продукти, варені ковбаси); продукти з проміжною вологістю (a_w= 0,6 – 0,9) (сири, хлібобулочні вироби, в'ялені м'ясні вироби); продукти з низькою вологістю (a_w=0,0 – 0,6) (молоко сухе, борошно, злакові й круп'яні).

Залежність між вмістом вологи (маса води, гН₂О/гСВ) в харчовому продукті і активністю води в ньому при постійній температурі, називається ізотермою сорбції. Очевидно, що в продуктах з високим вмістом вологи «активність води » вище, ніж в продуктах з низьким вмістом вологи.

Рис. 1. Ізотерма сорбції вологи для продуктів з високою вологістю

Встановлено, що в продуктах з низькою вологістю при зберіганні можуть відбуватися окислення жирів, неферментативне потемніння, втрата водорозчинних речовин (вітамінів), псування, викликане ферментами. Роль мікроорганізмів тут мінімальна. У продуктах з проміжною вологістю можуть протікати різні процеси, в тому числі значно зростає роль мікроорганізмів псування. У процесах, що протікають при високій вологості, мікроорганізмам належить вирішальна роль. При цьому дріжджі та цвілі менш чутливі до низького вмісту вологи. Для них сприятливе середовище, якщо в ньому активність води вище 0,6. Для бактерій і цвілі граничне значення активності води не повинно бути нижче 0,9. В цілому процеси псування значно сповільнюються при значеннях а_w= 0,2 – 0,4. Для зниження активності води використовують такі технологічні прийоми, як сушіння, в'ялення, додавання різних речовин (цукор, сіль тощо), заморожування.

Поиск по сайту: