Химический состав пищевых продуктов

Вещества, входящие в состав пищевых продуктов, делят на неорганические и органические. К неорганическим веществам относятся вода и минеральные вещества. К органическим веществам относятся белки, жиры, углеводы, кислоты, витамины, а также ферменты, а фенольные, красящие, ароматические и другие вещества. Каждое из этих веществ имеет для организма человека определенное значение: одни обладают питательными свойствами (углеводы, белки, жиры), другие придают продуктам определенные вкус, аромат, окраску и играют соответствующую роль в воздействии на нервную систему и органы пищеварения (органические кислоты, дубильные, красящие, ароматические вещества и др.), некоторые вещества обладают бактерицидными свойствами (фитонциды).

Вода входит в состав всех пищевых продуктов, но содержание ее различно. Так, в свежих плодах и овощах ее находится 72-95 %, в мясе - 58-78, в рыбе - 62-84, в молоке - 88, в хлебе - 35-50, крахмале-14-20, в зерне, муке, крупе - 10-14, в поваренной соли - 3, в сахаре-песке - 0,14 %. Количество воды в пищевых продуктах влияет на их качество и сохраняемость. Скоропортящиеся продукты с повышенным содержанием влаги без консервирования длительное время не сохраняются. Вода, содержащаяся в продуктах, способствует ускорению в них химических, биохимических и других процессов. Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются.

Содержащуюся в пищевых продуктах воду делят на свободную и связанную.

Свободная вода активно участвует в процессах, протекающих в клетках, легко испаряется.

Связанная вода прочно соединена с другими компонентами пищевых продуктов и испаряется из них с большим трудом.

Вода в пищевых продуктах находится в трех формах связи: в химической (ионная и молекулярная связи), физико-химической (влага набухания, адсорбционная) и физико-механической (влага смачивания, влага в макро- и микрокапиллярах).

В растительных и животных тканях преобладает свободная вода. Так, в свежих плодах и овощах ее содержится до 95 %, поэтому их можно сушить до содержания остаточной влажности 8-20 %, так как свободная вода из них легко удаляется.

Содержание воды в пищевых продуктах в процессе их перевозки и хранения не остается постоянным. В зависимости от особенности самих продуктов, а также условий внешней среды они теряют влагу или увлажняются. Высокой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу) обладают продукты, содержащие много фруктозы (мед, карамель), а также сушеные плоды и овощи, чай, поваренная соль. Эти продукты хранят при относительной влажности воздуха не выше 65-70 %

Количество воды во многих продуктах, как правило, нормируется стандартами с указанием верхнего предела ее содержания, так как от этого зависят не только качество и сохраняемость, но и пищевая ценность продуктов.

Минеральные (зольные) вещества имеют большое значение в жизни живых организмов. Они содержатся во всех пищевых продуктах в виде органических и неорганических соединений. Суточное потребление минеральных веществ составляет 20-30 г.

В организме человека и животных минеральные элементы участвуют в синтезе пищеварительных соков, ферментов, гормонов (железо, йод, медь, фтор и др.)а также в построении мышечной и костной тканей (сера, кальций, магний, фосфор и др.), нормализуют кислотно-щелочное равновесие и водный обмен (калий, натрий; хлор).

В зависимости от количественного содержания минеральных элементов в пищевых продуктах различают макро-, микро- и ультрамикроэлементы.

Макроэлементы содержатся в продуктах в значительных количествах (более 1 мг%). К ним относят калий, кальций, магний, фосфор, железо, натрий, хлор и др.

Микроэлементы находятся в продуктах в небольших количествах (не более 1 мг%). Элементами этой группы являются барий, бром, йод, кобальт, марганец, медь, молибден, свинец, фтор, алюминий, мышьяк и др.

Ультрамикроэлементы содержатся в продуктах в ничтожно малых количествах (в гаммах). К ним относятся уран, торий, радий и др. Они становятся ядовитыми и опасными, если содержатся в продуктах в повышенных дозах.

Содержание минеральных веществ определяют массовой долей золы, получающейся после полного сжигания навески продукта. Зольность характеризует качество муки, крахмала, конфет, карамели, халвы, сахара, пряностей и др.

Углеводы образуются при фотосинтезе в зеленых листьях растений из углекислого газа воздуха и получаемой из почвы воды. В растениях на долю углеводов приходится до 90 % сухой массы. В продуктах животного происхождения их значительно меньше - около 2 % сухой массы (за исключением меда). Углеводы являются основным источником энергии в организме человека и в рационе питания занимают первое место. Суточная потребность человека в них составляет 400-500 г, в том числе: в крахмале - 350-400 г, в сахарах -50-100, в других углеводах - 25 г. В зависимости от строения молекул углеводы подразделяют на три класса: простые углеводы, или моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

К моносахаридам относятся углеводы, молекулы которых построены из трех, четырех, пяти или шести углеродных атомов (соответственно триозы, тетрозы, пентозы, гексозы). Наиболее важными из них являются гексозы (глюкоза, галактоза и фруктоза) и пентозы (арабиноза, ксилоза, рибоза и дезоксирибоза). В пищевых продуктах в свободном виде в значительных количествах встречаются только глюкоза и фруктоза.

Глюкоза (виноградный сахар) в продуктах питания чаще всего находится совместно с фруктозой. В чистом виде она усваивается организмом лучше других углеводов. Содержится в плодах, овощах, меде, является составной частью свекловичного сахара, мальтозы, лактозы, клетчатки, крахмала. Фруктоза (плодовый сахар) в свободном состоянии находится главным образом во фруктах, ягодах и овощах. В некоторых плодах и овощах (яблоках, грушах, арбузах) она является преобладающим сахаром. Из продуктов животного происхождения значительное количество фруктозы содержится в меде. Она обладает более сладким вкусом, чем сахароза, и этим объясняется высокая сладость меда. Глюкоза и фруктоза являются хорошими восстановителями и относятся к редуцирующим сахарам, которые,! обладая высокой реакционной способностью (соединяются с аминокислотами) и гигроскопичностью, могут быть причиной потемнения.и увлажнения продуктов. Поэтому содержание этих углеводов в сахаре, карамели, халве и других продуктах ограничивается.

Олигосахариды - это углеводы, молекулы которых состоят из моносахаридов. К ним относят сахарозу, мальтозу, лактозу. Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) является самым распространенным сахаром в продуктах растительного происхождения. В промышленном масштабе ее получают из сахарной свеклы или сахарного тростника. Она находится также в плодах (до 2-3 %), арбузах и дынях (до 4-5 %). При гидролизе сахарозы образуется равное количество глюкозы и фруктозы. Эта смесь Сахаров называется инвертным сахаром. Мальтоза (солодовый сахар) встречается в свободном виде в патоке и сое. Получают ее кислотным или ферментативным гидролизом крахмала. Мальтоза обладает менее сладким вкусом, чем сахароза. Лактоза (молочный сахар) имеет большое физиологическое значение, так как содержится в молоке и молочных продуктах. Это наименее сладкий сахар.

Полисахариды состоят из шести и более остатков моносахаридов. К ним относятся крахмал, гликоген, инулин, целлюлоза (клетчатка). Крахмал является одним из важнейших резервных углеводов растений. Он синтезируется растениями и накапливается в виде крахмальных зерен в клубнях, плодах, зерне хлебных злаков. Содержание крахмала колеблется от 12-24 % в клубнях картофеля до 68-82 % в зернах риса. В различных растениях крахмальные зерна имеют различную величину, форму и строение. Наиболее крупные крахмальные зерна у картофеля, мелкие - у риса и гречихи. В картофеле, крупах, хлебе крахмал является основным углеводом. Кроме того, из зерна и картофеля вырабатывают различные виды крахмала, который используется как самостоятельный пищевой продукт.

Крахмал состоит из полисахаридов (амилозы и амилопектина). В горячей воде зерна крахмала набухают, связывают большое количество воды и образуют коллоидный раствор - крахмальный клейстер. При кипячении с кислотами крахмал гидролизуется до глюкозы. Под действием фермента амилазы происходит ферментативный гидролиз крахмала до мальтозы. В качестве промежуточных продуктов гидролиза крахмала образуются декстрины. На гидролизе крахмала основано производство патоки и глюкозы.

Гликоген (животный крахмал) является запасным углеводом животных, который откладывается в мышечной ткани (до 4 %) и печени (до 20 %). Все жизненные процессы сопровождаются гликолизом - биохимическим расщеплением гликогена. Этот процесс протекает после убоя животных и влияет на качество мяса и рыбы при созревании. Инулин содержится в земляной груше (около 17 %) и в цикории (13-17 %). Он хорошо растворяется в горячей воде, образуя при этом коллоидный раствор. При гидролизе инулин превращается во фруктозу. Он рекомендуется для больных, страдающих диабетом. Целлюлоза (клетчатка) - распространенный полисахарид.

Липиды состоят из жиров и жироподобных веществ (липоидов). Они содержатся в каждой клетке организма, участвуют в обмене веществ и синтезе белков, используются для построения мембран клеток и жировой ткани. В продуктах питания из липндов преобладают жиры, которые имеют большое значение в питании, так как обладают самой высокой энергетической ценностью (37,7 кДж). Дневная потребность человека в жирах - 90-100 г, в том числе растительного и сливочного масел - по 25, жиров молока, мяса и других продуктов - 25-30, маргарина или кулинарных жиров - 15-20 г.

По происхождению жиры делят на растительные (масла) и животные. По химической природе - это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. По консистенции жиры делят на жидкие и твердые. Жидкая консистенция их объясняется содержанием в жирах большого количества ненасыщенных жирных кислот, имеющих двойные связи. К твердым растительным жирам относят масло кокосовое, пальмовое, какао-масло; к жидким - подсолнечное, хлопковое, оливковое, льняное; к твердым животным жирам относят жир говяжий, бараний, свиной, масло коровье; к жидким - жиры рыб и морских животных. Характерной особенностью всех жиров является то, что они легче воды, не растворяются в ней, а только в органических растворителях.

Воска покрывают поверхность плодов и овощей, предохраняя их от проникновения микроорганизмов и испарения влаги; они содержатся в растительных жирах и затвердевают при низких температурах хранения, вызывая помутнение. Пищевого значения они не имеют. Суточная потребность в фосфоглицеридах - 5 г, в холестерине - 0,06-0,3 г. Азотистые вещества. Вещества, в состав которых, кроме углерода, водорода и кислорода, входит азот. Их подразделяют на собственно белковые соединения и соединения, содержащие азот, но не относящиеся к белковым веществам (небелковые аминокислоты, алкалоиды и др.).

Белки являются основным материалом, из которого построена протоплазма, входят в состав ядра клеток, участвуют в процессах роста и размножения, в образовании ферментов и гормонов. О роли белков в природе говорит само их название - протеины (от греческого слова protos - первый, главный). Белки - самая ценная составная часть пищевых продуктов. Они принимают участие в построении белков организма человека, являются энергетическим материалом. Дневная потребность человека в белках - около 100 г. Белки состоят из различных аминокислот. Однако из 150 известных аминокислот только 20 входят в состав белковых молекул. Молекулярная масса белков колеблется от 6 000 до 1 000 000. Белок находится в трех состояниях: твердом (кожа, волосы, шерсть), сиропообразном (яичный белок) и жидком (молоко и кровь). Белки не растворяются в воде, а только набухают в ней. Это явление набухания белков имеет место при изготовлении теста в хлебопечении и в макаронном производстве, при производстве солода и др. Под действием температуры, органических растворителей, кислот или солей белки свертываются и выпадают в осадок. Этот процесс называется денатурацией.

Кислоты в пищевых продуктах содержатся органические и неорганические. Из органических кислот преобладают муравьиная, уксусная, молочная, щавелевая, винная, бензойная. Они придают продуктам кислый вкус, участвуют в обмене веществ в живых растительных и животных организмах, используются для консервирования. Пища, содержащая кислоты, оказывает возбуждающее действие на пищеварительные железы и хорошо усваивается организмом. Дневная потребность человека в кислотах составляет 2 г. Больше всего органических кислот содержится в плодах и овощах.

Витамины - это физиологически активные низкомолекулярные органические соединения, небольшое количество которых способно обеспечивать нормальное течение физиологических и биохимических процессов в организме человека. Они регулируют обмен веществ в клетках организма человека и способствуют повышению его сопротивляемости заболеваниям. Витамины также принимают участие в синтезе ферментов. Недостаток витаминов в питании приводит к гиповитаминозу, а отсутствие того или иного витамина - к авитаминозу. Вырабатываются витамины главным образом растениями, некоторые могут синтезироваться клетками животных тканей и органов или микрофлорой желудочно-кишечного тракта. Организмом человека витамины не вырабатываются. Суточная потребность в различных витаминах ничтожно мала и составляет 0,1-0,2 г. В настоящее время известно более 50 витаминов. Каждый из них имеет буквенное обозначение и название, соответствующее его химическому составу или действию на организм человека. В зависимости от способности к растворению витамины подразделяют на две группы: растворимые в жирах - A, D, Е, К и растворимые в воде - С, РР, B1, В3, B6, В9, В12, В15 и др.

Витамин А способствует росту и нормальному развитию молодого организма, улучшает зрение. Источником витамина А являются жиры морских рыб, печень говяжья, желток яйца, сливочное масло, шпинат, морковь, капуста, лук зеленый, томаты, красный перец. В некоторых плодах и овощах содержится оранжево-красное красящее вещество каротин, который в организме человека превращается в витамин А и носит название провитамина А. Суточная потребность- 1-2 мг.

Витамин D имеет особо важное значение для предупреждения рахита у детей. Он поступает в организм с жиром морских рыб, в виде желтков яиц, молока и мяса. Из растительных продуктов витамин D находится в грибах. Суточная потребность для детей в этом витамине-17-20 мкг, для взрослых - 1-2 мкг.

Витамин Е способствует нормальной функции размножения. Обнаружен в облепиховом, подсолнечном, соевом и кукурузном маслах, а также в свежих плодах и овощах, молоке, яйцах. Суточная потребность - 20-30 мг.

Витамин К влияет на свертываемость крови. Он содержится в картофеле, моркови, зеленом горошке, томатах, шпинате, в мясе, свиной печени, яйцах. Суточная потребность-1-3 мг.

Витамин С наиболее широко распространен в природе. В основном он содержится в продуктах растительного происхождения, в шиповнике, черной смородине, облепихе, сладком перце, яблоках, сливе, вишне, капусте белокочанной, картофеле, луке репчатом. При нагревании и длительном хранении продуктов витамин С разрушается. Отсутствие его в пище вызывает цингу, нарушение окислительно-восстановительных процессов, прекращается синтез белковых веществ мозга. Суточная потребность- 70-100 мг.

Витамин Р обнаружен в растениях в виде антоцианов, катехинов, флавоноидов. Витамин Р способствует укреплению стенок капиллярных сосудов и регулирует их проницаемость. Содержится в растительных клетках: в черноплодной рябине, черной смородине, апельсинах, лимонах, яблоках, моркови, картофеле. Суточная потребность - 35-40 мг.

Витамин РР по химической природе является никотиновой кислотой. При недостатке этого витамина в организме задерживается образование большой группы ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции, что может привести к заболеванию пеллагрой. Этот витамин находится в говяжьей печени, мясе, пшеничном хлебе, молоке, картофеле, моркови, яблоках и др. Суточная потребность-15-25 мг.

Витамин Н оказывает влияние на развитие микроорганизмов и дрожжей. При недостатке его в организме может произойти поражение кожи и выпадение волос. В незначительных количествах содержится в мясе, молоке, хлебе, картофеле, овощах. Суточная потребность - 0,1-0,3 мг.

Витамин Bi необходим для предупреждения болезни бери-бери. Источником витамина Вi являются дрожжи, зерновые продукты, плоды и овощи, молоко и мясо. Суточная потребность - 1,5-2 мг.

Витамин В₂ синтезируется только растениями и некоторыми микроорганизмами. Недостаток его в организме приводит к расстройству центральной нервной системы. Содержится в дрожжах, печени, молоке, яйцах, меде, овощах. Суточная потребность - 2,0-3,0 мг.

Витамин В₃ нормализует работу центральной нервной системы и органов пищеварения. Он содержится в мясе, рыбе, хлебе, грибах, плодах и овощах. Суточная потребность- 15 мг.

Витамин В₆ играет важную роль в процессе обмена веществ. При недостатке его возникает воспаление кожи, прекращается рост молодых организмов. Как правило, недостатком витамина В₆ человек не страдает. Содержится он в дрожжах, мясе, рыбе, сыре, овощах. Суточная потребность - не более 3 мг.

Витамин В_д играет важную роль в кровообразовании. Недостаток его в пище вызывает малокровие. Содержится почти во всех продуктах животного и растительного происхождения. Суточная потребность - 0,1-0,5 мг.

Витамин В\ч синтезируют главным образом микроорганизмы. Недостаток его в пище может привести к развитию тяжелой формы анемии. Препараты витамина В₁₂ используют для лечения лучевой болезни. Содержится он в мясе и мясопродуктах, молоке, сыре, яичном желтке. Суточная потребность - не более 0,05 мг.

Ферменты - это специфические белки, вырабатываемые клеткой, органические катализаторы биохимических процессов и реакций в организме. Любая живая клетка выполняет свои жизненные функции под действием ферментов. По сравнению с неорганическими катализаторами ферменты обладают более сильным действием. Сущность действия фермента заключается в том, что он, направляя реакцию обходными путями, снижает энергию активации, необходимую для протекания данной реакции. Ферменты действуют строго специфично - для каждой реакции требуется определенный фермент. В настоящее время открыты и изучены более 1000 ферментов. Все они разделяются на две большие группы: однокомпонентные и двухкомпонентные. К первой относят ферменты, состоящие только из белка, обладающего каталитическими свойствами, ко второй - ферменты, которые состоят из белка и небелковой части - простетической или активной группы. Кроме того, ферменты делят на шесть классов: оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции; трансферазы - катализируют перенос различных групп атомов с одной молекулы на другую; гидролазы - катализируют расщепление сложных соединений на более простые путем присоединения воды; лиазы - отщепляют от вещества группы атомов без участия воды; изомеразы - катализируют внутримолекулярные переносы атомных групп, образуя изомеры; лигазы (синтетазы) - ускоряют

Дубильные вещества относятся к полифенольным соединениям с молекулярной массой от 600 до 2000. Способность некоторых из них в соединении с белками давать прочные осадки нашла применение при дублении шкур. Полифенолы обладают фунгитоксическим действием. Терпкий вкус зеленых плодов связан с высоким содержанием в них дубильных веществ. Во время хранения плодов происходит размягчение их мякоти, переход свободных дубильных веществ в связанное состояние и исчезновение терпкого вкуса. Много дубильных веществ в чае, хурме, терне, айве, рябине, смородине, яблоках, грушах. При повреждении тканей плодов дубильные вещества в них подвергаются ферментативному окислению с образованием коричневых и красных веществ - флобафенов. Дубильные вещества чая обладают Р-витаминной активностью.

Красящие вещества делят на хлорофиллы, каротиноиды и флавоноиды. Разнообразная окраска плодов, овощей и других растений обусловливается растительными пигментами - красящими веществами. Хлорофилл - это зеленый пигмент растений. Он играет чрезвычайно важную роль в процессе фотосинтеза. Содержание его в зеленых растениях около 1 %. Каротиноиды - это группа пигментов, придающих плодам и овощам оранжевую или желтую, а иногда и красную окраску. К ним относят каротин, ликопин, ксантофилл, капсантин и др. Они содержатся в моркови, абрикосах, томатах, красном перце, цитрусовых плодах. Флавоноиды относятся к красящим веществам. В состав этой группы входят флавоны, флавонолы и антоцианы, обладающие окраской, а также флаваноны, флаванонолы и лейко-антоцианы - бесцветные соединения. Красящие вещества лука, яблок, чая, винограда, столовой свеклы могут быть использованы при производстве некоторых видов кондитерских изделий, фруктово-ягодных напитков, ликероводочных изделий и др.

Ароматические вещества обусловливают аромат пищевых продуктов. Они легко перегоняются с водяным паром, летучи, поэтому их запах ощущается даже при ничтожно малом содержании. Общее их количество в пищевых продуктах определяется десятыми и сотыми долями процента. В пищевых продуктах находится более 400 летучих соединений. В плодах и овощах ароматические вещества входят в состав эфирных масел. Так, в эфирном масле цитрусовых плодов преобладает лимонен, содержатся также цитраль, линалоол и др. Эфирные масла яблок содержат около 50 ароматических веществ. Богаты эфирными маслами цитрусовые плоды, пряные овощи (петрушка, укроп, эстрагон), а также лук, чеснок, редька и др. Эфирные масла используют для ароматизации пищевых продуктов и в парфюмерии.

Дата добавления: 2017-01-13