Химический состав

Химический состав пищевых продуктов не только влияет на их питательную ценность, но и определяет их физические, химические и биологические свойства. В состав пищевых продуктов входят: вода, минеральные вещества, углеводы, азотистые вещества, липиды, ферменты, витамины, органические кислоты, дубильные, красящие, ароматические вещества, фитонциды и др. Все эти соединения играют весьма важную роль в физиологических процессах, происходящих в организме человека. Одни из них обладают питательными свойствами (углеводы, белки, жиры); другие придают продуктам определенный вкус, аромат окраску и поэтому воздействуют на нервную систему и органы пищеварения (органические кислоты, дубильные, красящие, ароматические вещества и др.); в состав некоторых продуктов входят фитонциды - вещества с бактерицидными свойствами.

По химическому составу пищевые вещества делятся на неорганические и органические. К неорганическим относятся вода и минеральные вещества, к органическим - жиры, углеводы, белки, ферменты, витамины и др.

Классификация химических веществ продовольственных товаров

Вода имеет большое значение для существования всех живых организмов. Она участвует в процессах кровообращения, дыхания, пищеварения и др. Вода содержится во всех пищевых продуктах независимо от их происхождения. От содержания воды зависят качество и стойкость при хранении и транспортировании продовольственных товаров. В продовольственных товарах вода находится в свободном и связанном состоянии.

Свободная вода - это вода, обладающая теми же свойствами, что и чистая вода. Она находится в виде мельчайших капель в клеточном соке и межклеточном пространстве. В ней растворены органические и минеральные вещества. Она легко удаляется при высушивании и замораживании. Плотность ее около единицы, температура замерзания - около 0°С. Свободная вода создает благоприятные условия для развития микроорганизмов и деятельности ферментов. Поэтому товары, содержащие много воды, являются скоропортящимися. Однако большая часть воды в продовольственных товарах находится в связанном состоянии и удерживается тканями с различной силой.

Связанная вода находится в микрокапиллярах, адсорбируется внутриклеточными системами и удерживается коллоидами белков и углеводов. Микроорганизмы ее усваивать не могут.

Для определения влажности пищевых продуктов используют различные методы: высушивание, рефрактометрический метод и т.д.

Минеральные вещества. Их иначе называют зольными элементами, так как они остаются в золе после сжигания продукта. Они имеют большое значение для жизнедеятельности человека. Они входят в состав тканей, участвуют в обмене веществ, в образовании ферментов и т.д.

По количественному содержанию в продуктах их делят на макроэлементы (содержание более 0, 001%) и микроэлементов (менее 0, 001%).

К макроэлементам относят кальций, фосфор, магний, сера, железо, калий, натрий и др.

Фосфор содержится в больших количествах в мясе, рыбе, яйце, сыре. Магний (в крупах, бобовых, орехах, рыбе). Железо (в мясе, печени, винограде, капусте, картофеле и др.).

К микроэлементам относят медь, йод, кобальт, марганец, фтор и др. Йод содержится (в морской рыбе, яйце, луке, хурме, салате). Медь, кобальт (в желтке яиц, мясе, рыбе, свекле, картофеле).

Потребность организма в микроэлементах и их содержание в продуктах ничтожно малы. Их избыток вызывает тяжелые отравления организма.

В природных растительных и животных продуктах найдены почти все зольные элементы, встречающиеся в земной коре. Суточная потребность взрослого человека в минеральных веществах составляет в среднем от 13, 6 до 21, 0 г.

Для жизнедеятельности организма очень важно правильное соотношение в пище кислых и щелочных соединений.

Углеводы. Это органические вещества, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Углеводы преобладают в пище человека и являются источником жизненной энергии. В зависимости от строения углеводы делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды - это простые сахара, состоящие из одной молекулы углевода, к ним относятся глюкоза, фруктоза, галактоза, моноза. В чистом виде моносахариды представляют собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Глюкоза (виноградный сахар) - самый распространенный вид: содержится в ягодах, плодах. Она хорошо усваивается организмом человека, не претерпевая никаких изменений в процессе пищеварения. Фруктоза или фруктовый сахар находится в плодах, овощах, меде, она очень гигроскопична. Сладость у нее в 2 раза выше, чем у глюкозы.

Дисахариды - это углеводы, состоящие из двух молекул моносахаридов, к ним относятся: сахароза, мальтоза и лактоза. Сахароза (свекольный сахар) входит в состав плодов и овощей, особенно много ее в свекле и сахарном тростнике. Представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, очень хорошо растворяемые в воде. Мальтоза (солодовый сахар) содержится в естественных пищевых продуктах в небольшом количестве. Лактоза (молочный сахар) находится в молоке и придает молоку сладковатый привкус. По сравнению с другими дисахаридами она менее сладкая.

Полисахариды - это высокомолекулярные вещества, к которым относится крахмал, клетчатка, гликоген, инулин. Крахмал - наиболее важный углевод для питания человека, составляет 80% из всех употребляемых углеводов человеком. Содержится во многих растительных продуктах, в зерне пшеницы, в рисе, в горохе, в картофеле. Крахмал не растворяется в воде. Клетчатка иначе называют целлюлозой, входит в состав оболочек растительных тканей. Она содержится в овощах, плодах, мучных изделиях низких сортов. Гликоген (животный крахмал) содержится в основном в печени и мышцах. Он растворим в воде. Инулин содержится в топинамбуре, в корнях цикория.

В организме человека при расщеплении 1 г. углеводов выделяется 4 ккал.

Белки. Представляют собой высокомолекулярные азотистые соединения. Белки являются незаменимой частью пищевых продуктов. Они необходимы для построения тканей тела и восстановления отмирающих клеток, образования ферментов, витаминов, гормонов и иммунных тел. Без белков невозможно существование живого организма. В белках постоянно встречаются 20 аминокислот, из которых 8 не образуются в организме и должны поступать с пищей, их называют незаменимыми. Дневная потребность в них составляет (г): триптофан - 1, лейцин - 4-6, изолейцин - 3-4, валин - 3-4, треонин - 2-3, лизин - 3-5, метионин - 2-4, фенилаланин - 2-4, другие аминокислоты могут заменяться или синтезироваться в организме.

Белки, содержащие все независимые аминокислоты, называют полноценными. Они содержатся в мясе, рыбе, молоке, яйцах.

Все белки по составу делятся на простые (протеины), при гидролизе которых образуются только аминокислоты и аммиак, и сложные (протеиды), при гидролизе которых образуются еще и небелковые вещества - глюкоза, липоиды, красящие вещества и др.

К протеинам относятся альбумины (молока, яиц, крови), глобулины, глютелины, проламины, склеротеины.

К протеинам относятся фосфоропротеиды, которые состоят из белка и фосфорной кислоты; хромопротеиды, представляющие собой соединение белка глобина и красящего вещества; глюкопротеиды, состоящие из простых белков и глюкозы; липопротеиды, входящие в состав протоплазм и хлорофиловых зерен; нуклепротеиды, содержащие нуклеиновую кислоту и играющие важную роль для организма в биологическом отношении.

По растворимости белки делятся на растворимые в воде и слабых растворов солей и нерастворимые. Растворимые белки при нагревании до 70-80°С свертываются (денатурируются).

Одним из важнейших свойств белков является их способность образовывать гели.

Под действием ферментов, кислот, щелочей происходит гидролиз белков до аминокислот.

Человеку требуется 80-100 г белков в сутки. При окислении 1 г белка в организме выделяется 16, 7 кДж, или 4, 0 ккал.

Жиры. По своей химической природе жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот.

Жирные кислоты по количеству атомов углерода разделяют на низкомолекулярные (до 9 атомов углерода) и высокомолекулярные. Низкомолекулярные жирные кислоты бывают только предельными (масляная, капроновая, каприновая, каприловая). Они растворимы в воде летучи с водяными парами, обладают специфическим (неприятным) запахом. Высокомолекулярные жирные кислоты делятся на предельные (стеариновая, пальмитиновая, миристиновая) и непредельные (олеиновая, линолевая, линоленовая и др.).

В углеродной цепи предельных жирных кислот все атомы углерода соединяются одинарными связями, а непредельные жирные кислоты имеют две, три и большее число двойных связей. По месту двойных связей к жирным кислотам при определенных условиях может присоединиться водород, в результате чего жирные кислоты превращаются в более насыщенные или даже предельные. Этот процесс называется гидрогенизацией. Гидрогенезированный жир (саломас) является основным сырьем для приготовления маргарина и кулинарных жиров.

Жиры имеют ряд общих свойств. Они легче воды, их плотность составляет 0, 91-0, 97. Жиры растворимы в органических растворителях (бензине, хлороформе).

Легче усваиваются те жиры, у которых температура плавления ниже или близка к температуре тела человека. Температура плавления жиров зависит от состава жирных кислот.

В бараньем и говяжьем жирах преобладают предельные жирные кислоты, а в свином жире содержится значительное количество ненасыщенных кислот. Температура плавления (°С): говяжьего жира - 43-51, бараньего - 44-54, свиного - 36-48. Усвояемость их соответственно (%): 80-94, 80-90 и 96-98.

В растительных жирах преобладают непредельные жирные кислоты, большинство из них имеют жидкую консистенцию. Они хорошо усваиваются организмом в холодном виде и поэтому широко используются в кулинарии для заправки холодных закусок.

Тугоплавкие жиры нужно употреблять только в горячем состоянии. Температура плавления жира всегда выше, чем температура застывания, поэтому в расплавленном состоянии в организме он не застывает и легче усваивается. Усвояемость жира повышается, если он находится в виде эмульсии. В таком состоянии жир находится в молоке, сливках, сметане, мороженом, масле коровьем, кисломолочных продуктах, маргарине. Для повышения усвояемости жиров в кулинарии приготовляют жировые эмульсии - майонез, заправки.

Эмульгирование жира происходит при варке бульонов. При длительном кипении под действием воды и высокой температуры происходит гидролиз жиров, т.е. расщепление его на глицерин и жирные кислоты.

Образующиеся свободные кислоты придают бульону мутность, неприятный вкус и запах. Гидролиз жира происходит на поверхности соприкосновения жира и воды. Чем меньше шарики жира, образующие эмульсию, тем больше поверхность соприкосновения жира и воды и выше скорость гидролиза. Поэтому бульоны нужно варить при умеренном нагреве, снимая с поверхности жир.

При неблагоприятных условиях хранения может происходить гидролиз жиров под действием кислот, щелочей, воды и ферментов.

Жиры в организме являются важным источником тепловой энергии. При окислении 1 г жира в организме выделяется 37, 7 кДж (9, 0 ккал). В сутки человеку необходимо 80-100 г жира, в том числе 20-25 г растительных жиров. Содержание жиров в продуктах различно (%): в масле сливочном - 82, 5, в масле подсолнечном - 99, 9 в молоке - 3, 2, в мясе – 1, 2-49, в рыбе - 0, 2-33.

Людям пожилого возраста рекомендуется ограничивать употребление животных жиров, характеризующихся наличие большого количества холестерина.

Избыточное потребление продуктов с высоким содержанием холестерина (животные жиры, яичный желток, икра, печень) приводит к нарушению функций печени и камнеобразованию.

Ферменты. Это вещества белковой природы, ускоряющие химические реакции в живом организме. Их называют биологическими катализаторами.

Огромную роль ферменты играют в процессах питания и обмена веществ. Не менее важное значение они имеют для производства пищевых продуктов. Ферменты могут ускорять как полезные процессы, так и нежелательные, приводящие к порче продуктов.

Все ферменты делятся на шесть классов.

Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы в организме.

Трансферазы участвуют в промежуточном обмене веществ. Они катализируют перенос химических группировок от одного соединения к другому.

Гидролазы катализируют процессы расщепления сложных веществ с присоединением к ним воды.

Лиазы представляют собой ферменты, отщепляющие негидролитическим путем различные группы от веществ с образованием двойных связей или присоединяющие группы к двойным связям. Они играют большую роль в процессах обмена веществ.

Изомеразы катализируют внутримолекулярное перемещение различных групп, т.е. превращение изомерных групп друг в друга.

Лигазы (синтетазы) принимают участие в синтетических процессах.

Действие ферментов строго специфично. Активность ферментов огромна. Она во много раз превышает активность неорганических катализаторов.

Витамины. Представляют собой группу органических веществ различной химической структуры, синтезирующихся, как правило, в растениях. В животных организмах витамины почти не синтезируются и поступают в организм с пищей. При отсутствии витаминов наступают нарушения в процессах обмена веществ, ведущие к тяжелым заболеваниям.

В зависимости от свойств и характера распространения в природных продуктах витамины принято делить на водорастворимые и жирорастворимые. Содержание витаминов в продуктах выражают в миллиграммах на 100 г. продукта или миллиграм-процентах.

К жирорастворимым относят витамины A, D, Е, К.

Витамин А (аксерофтол, ретинол) содержится в жирах морских рыб, говяжье печени, желтке яиц, летнем сливочном масле. В растительных продуктах содержится провитамин А - каротин. Каротин под действием фермента каротиназы в организме человека превращается в витамин А. Каротином богаты морковь, абрикосы, шпинат, лек зеленый, томаты. Суточная потребность в витамине А составляет 1, 5-2, 5 мг. При его недостатке в организме приостанавливается рост, нарушается зрение (в сумерках и ночью), снижается устойчивость к инфекционным заболеваниям.

Витамин D (кальциферол) содержится в печени рыб, яичном желтке, сливочном масле, сыре. В организм человека он поступает в виде эргостерола, содержащегося во многих пищевых продуктах. Суточная потребность в витамине D составляет 0, 025-0, 01 мг. При недостатке в рационе питания, особенно у детей, наступает заболевание рахитом.

Витамин Е (токоферол) содержится в растительном масле, зародышах злаков, салате, стручках гороха. Недостаток его в организме вызывает расстройство нервной системы. Суточная потребность составляет 10-20 мг.

Витамин К способствует свертыванию крови. Он содержится в шпинате, капусте, печени и др. Суточная потребность составляет 2-3 мг.

К водорастворимым относят витамины: С, В₁, В₂, В₆, В₁₂, Н, Р, РР, U.

Витамин С (аскорбиновая кислота) в организме участвует в процессах тканевого дыхания и укрепления стенок кровеносных сосудов. При понижении его содержания в организме (гиповитаминоз) у человека нарушается деятельность нервной системы, он становится раздражительным чувственным к шуму, страдает бессонницей, его работоспособность снижается. При длительном недостатке витамина С в питании человек заболевает цингой.

Витамин С содержится (мг%): в картофеле - 10-20, капусте белокочанной - 50 и квашеной - 20, томатах - 25, яблоках - 13, лимонах - 40, черной смородине - 200, в сушеном шиповнике - 1200.

Витамин С легко разрушается под действием кислорода воздуха в щелочной среде, в присутствии ионов металлов (меди, железа), при высокой температуре. Его количество значительно уменьшается при хранении очищенных овощей в воде, варке. Суточная потребность в витамине С составляет 50-70 мг.

Витамин В₁ (тиамин, аневрин) содержится в пивных дрожжах, свинине, горохе, хлебе из обойной муки, в гречневой, овсяной, ячменной крупах, говядине. Отсутствие его в пище вызывает болезни бери-бери и полиневрит (воспаление нервных стволов), ведущие к параличам. Недостаток его в организме влечет нарушение сердечной деятельности, жирового, водного и углевого обменов. Суточная потребность в витамине В₁ составляет 1, 5-2 мг.

Витамин В₂ (рибофлавин) содержится в печени, говядине, яичном желтке, молоке. При его недостатке в организме нарушается процесс окисления органических веществ, в результате чего ослабляется нервная система, приостанавливается рост, появляется светобоязнь и слезоточивость. Суточная потребность В₂ составляет 2-2, 5 мг.

Витамин В₆ (адермин, пиридоксин) содержится в печени, мясе, рыбе, дрожжах, фасоли, горохе, пшенице. Его отсутствие в пище нарушает процессы превращения аминокислот и вызывает воспалительное поражение кожи. Суточная потребность в витамине В₆ составляет 2-3 мг.

Витамин В₁₂ (цианкобаломин) содержится в печени, почках, молочных продуктах, яичном желтке. Он участвует в процессе синтеза белков, способствует процессу образования красных кровяных шариков в костном мозгу. Отсутствие его в организме вызывает злокачественную анемию. Суточная потребность в витамине составляет В₁₂ 0, 002-0, 005 мг.

Витамин Н (биотин) находится во многих пищевых продуктах. Его отсутствие в организме вызывает воспаление кожи, выпадение волос, деформацию ногтей. Суточная потребность составляет 0, 15-0, 30 мг.

Витамин Р (цитрин) находится в растительных продуктах и сопутствует витамину С. В организме человека регулирует кровяное давление, предотвращает проницаемость и хрупкость кровеносных сосудов.

Витамин РР (никотиновая кислота) содержится в дрожжах, печени, мясе, пшенице, бобовых, картофеле, гречневой крупе. При недостатке заболевает пеллагрой (шершавая кожа), проявляющейся в воспалении кожи, нарушении деятельности желудочно-кишечного тракта и нервной системы. Суточная потребность в витамине РР составляет 15-25 мг.

Витамин U способствует заживлению язв желудка и двенадцатиперстной кишки. Содержится в соке свежей белокочанной капусты.

Прочие составные части. Кроме рассмотренных основных веществ пищевые продукты содержат и некоторые другие вещества: органические кислоты, эфирные масла, гликозиды, алкалоиды, дубильные красящие вещества, фитонциды.