Азотсодержащие вещества

Азотсодержащие соединения составляют значительную часть сухого вещества продовольственных товаров. К ним относятся белки, аминокислоты, амиды аминокислот, нуклеиновые кислоты, аммиачные соединения, нитраты, нитриты и др.

Аминокислоты являются основными структурными компонентами молекул белка и в свободном виде появляются в продовольственных товарах в процессе распада белка.

Амиды аминокислот содержатся в растительных Продуктах в качестве естественной составной части. Например, в капусте и спарже находится амид аспарагина (0, 2—0, 3%).

Аммиачные соединения встречаются в продовольственных товарах в малых количествах в виде аммиака и его производных. Аммиак является конечным продуктом распада белков. Значительное количество аммиака и аминов указывает на гнилостное разложение белков продовольственных товаров. Поэтому при исследовании свежести мяса и рыбы определяют содержание в них аммиака. К производным аммиака относятся моноамины CH₃NH₂, диметиламины (CH₃)₂NH и триметиламины (CH₃)₃N, которые обладают специфическим запахом. Метиламин имеет запах, сходный с аммиаком. Диметиламин — газообразное вещество с запахом селедочного рассола, образуется в основном при гниении белков рыбы и других продуктов. Триметиламин — газообразное вещество, содержащееся в значительном количестве в селедочном рассоле. В концентрированном виде обладает запахом аммиака, но в слабых концентрациях имеет запах гнилой рыбы.

Нитраты — соли азотной кислоты. В продовольственных товарах содержатся в незначительных количествах, за исключением тыквы и кабачков.

Нитриты добавляют в небольших количествах при посоле мяса и в колбасный фарш для придания мясу розового цвета. Нитриты обладают высокой токсичностью, поэтому применение их в пищевой промышленности лимитируется (в мясной колбасный фарш добавляют раствор нитрита из расчета не более 0, 005% массы мяса).

Белки имеют наиболее важное из азотсодержащих соединений значение для питания человека. Они являются наиболее важными органическими соединениями, входящими в состав живых организмов. Еще в прошлом веке, изучая состав различных животных и растений, ученые выделили вещества, которые по некоторым свойствам напоминали яичный белок: так, при нагревании они свертывались. Это и дало основание назвать их белками. Значение белков как основы всего живого было отмечено еще Ф. Энгельсом. Он писал, что там, где есть жизнь, обнаруживаются белки, а где присутствуют белки, там отмечены признаки жизни.

Таким образом, термином «белки» назван большой класс органических высокомолекулярных азотсодержащих соединений, присутствующих в каждой клетке и определяющих ее жизнедеятельность.

Химический состав белков. Химический анализ показал наличие во всех белках (в %): углерода — 50÷ 55, водорода — 6÷ 7, кислорода — 21÷ 23, азота — 15÷ 17, серы — 0, 3÷ 2, 5. В отдельных белках обнаружены фосфор, йод, железо, медь и некоторые макро- и микроэлементы в различных количествах.

Содержание основных химических элементов в отдельных белках может быть различным, за исключением азота, концентрация которого наиболее постоянна и в среднем составляет 16%.

Для определения химической природы мономеров белка проводят гидролиз — длительное кипячение белка с сильными минеральными кислотами или основаниями. Наиболее часто применяют 6N HNО₃ и кипячение при 110°С в течение 24 ч. На следующем этапе разделяют вещества, входящие в состав гидролизата. Для этой цели применяют метод хроматографии. Наконец, природу выделенных мономеров выясняют с помощью определенных химических реакций. В результате было установлено, что исходными составными частями белков являются аминокислоты.

Молекулярная масса (м.м.) белков от 6000 до 1 000 000 и выше, так, м.м. белка альбумина молока — 17400, глобулина молока — 35200, яичного альбумина — 45000. В организме животных и растений белок встречается в трех состояниях: жидком (молоко, кровь), сиропообразном (яичный белок) и твердом (кожа, волосы, шерсть).

Благодаря большой м.м. белки находятся в коллоидном состоянии и диспергированы (распределены, рассеяны, взвешаны) в растворителе. Большинство белков относится к гидрофильным соединениям, способны вступать во взаимодействие с водой, которая связывается с белками. Такое взаимодействие называется гидратацией.

Многие белки под влиянием некоторых физических и химических факторов (температура, органические растворители, кислоты, соли) свертываются и выпадают в осадок. Этот процесс называется денатурацией. Денатурированный белок теряет способность к растворению в воде, растворах солей или спирте. Все продовольственные товары, переработанные с помощью высоких температур, содержат денатурированный белок. У большинства белков температура денатурации составляет 50-60 °С. Свойство белков денатурироваться имеет важное значение, в частности, при выпечке хлеба и получении кондитерских изделий. Одно из важных свойств белков — способность образовывать гели при набухании в воде. Набухание белков имеет большое значение при производстве хлеба, макаронных и других изделий. При «старении» гель отдает воду, при этом уменьшается в объеме и сморщивается. Это явление, обратное набуханию, называется синерезисом.

При неправильном хранении белковых продуктов может происходить более глубокое разложение белков с выделением продуктов распада аминокислот, в том числе аммиака и углекислого газа. Белки, содержащие серу, выделяют сероводород.

Человеку требуется 80-100 г белков в сутки, в том числе 50 г животных белков. При окислении 1 г белка в организме выделяется, 16, 7 кДж, или 4, 0 ккал.

Содержание белков в продовольственных товарах составляет (в %): в говядине — 17; свинине — 15, 2; баранине — 15, 2; яйцах — 12, 8; треске — 16, 5; пшеничной муке — 10, 5; молоке — 2, 5-3, 5; масле сливочном — 0, 6; сыре — 22—29; картофеле — 2, 0; орехах — 12-20; сое - 34, 9.

Аминокислоты - это органические кислоты, у которых атом водорода α -углеродного атома замещен на аминогруппу NH₂. Следует отметить, что в составе всех аминокислот имеются общие группировки: — СН₂, —NH₂, —СООН, а боковые цепи аминокислот, или радикалы (R), различаются. Химическая природа радикалов разнообразна: от атома водорода до циклических соединений. Именно радикалы определяют структурные и функциональные особенности аминокислот.

Аминокислоты в водном растворе находятся в ионизированном состоянии за счет диссоциации аминных и карбоксильных групп, а также групп, входящих в состав радикалов. Другими словами, они являются амфотермными соединениями и могут существовать либо как кислоты (доноры протонов), либо как основания (акцепторы протонов).

Все аминокислоты в зависимости от структуры разделены на несколько групп. Из 20 аминокислот, которые участвуют в построении белков, не все обладают одинаковой биологической ценностью. Некоторые аминокислоты синтезируются организмом человека, и потребность в них удовлетворяется без поступления извне. Такие аминокислоты называются заменимыми (гистидин, аргинин, цистин, тирозин, аланин, серии, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, пролин, оксипролин, глицин). Другая часть аминокислот не синтезируется организмом и они должны поступать с пищей. Их называют незаменимыми (триптофан). Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты, называются полноценными, а если отсутствует, хотя бы одна из незаменимых кислот — белок является неполноценным.

Классификация белков. В основу классификации белков положены их физико-химические и химические особенности. Белки делят на простые (протеины) и сложные (протеиды). К простым относят белки, которые при гидролизе дают только аминокислоты. К сложным — белки, состоящие из простых белков и соединений небелковой группы, называемой простетической.

К протеинам относятся альбумины (молока, яиц, крови), глобулины (фибриноген крови, миозин мяса, глобулин яиц, туберин картофеля и др.), глютелины (пшеницы и ржи), проламины (глиадин пшеницы), склеропротеины (коллаген костей, эластин соединительной ткани, кератин волос).

К протеидам относятся фосфопротеиды (казеин молока, вителлин куриного яйца, ихтулин икры рыб), которые состоят из белка и фосфорной кислоты; хромопротеиды (гемоглобин крови, миоглобин мышечной ткани мяса), представляющие собой соединения белка глобина и красящего вещества; глюколротеиды (белки хрящей, слизистых оболочек), состоящие из простых белков и глюкозы; липопротеиды (белки, содержащие фосфатид) входят в состав протоплазмы и хлорофилловых зерен; нуклеопротеиды содержат нуклеиновые кислоты и играют важную для организма роль в биологическом отношении.

Липиды

Липиды — природные органические соединения, многие из которых являются эфирами жирных кислот и спиртов. Общими свойствами липидов являются их гидрофобность и нерастворимость в воде, но все они по-разному растворяются в органических растворителях — эфире, бензине, хлороформе, ацетоне и др.

Из липидов в товароведении продовольственных товаров изучают жиры, высокомолекулярные кислоты и липоиды.

Жиры. Обладают высокой энергетической ценностью — 1 г жира при окислении выделяет 9, 0 ккал (37, 7 кДж), активно участвуют в пластических процессах, входя в состав оболочек живых клеток и других структур, а также откладываются в тканях организма. Они являются источником необходимых витаминов и других биологически активных веществ. Жиры широко используют при производстве многих продовольственных товаров, они улучшают вкусовые свойства пищи.

По происхождению жиры делят на растительные и животные.

К растительным жирам (маслам) относят масло какао, кокосовое и пальмовое.

Жидкие жиры в зависимости от свойств делят на невысыхающие (оливковое, миндальное) и высыхающие (льняное, конопляное, маковое и др.) масла.

Животные жиры также делят на жидкие и твердые. Различают жидкие жиры наземных животных (копытный жир) и жидкие жиры морских животных и рыб (рыбий жир, жир печени китов и др.). Животные твердые жиры — говяжий, свиной, бараний, а также коровье масло.

По химическому составу жиры представляют собой смесь сложных эфиров трехатомного спирта глицерина С₃Н₅(ОН)₃ и жирных кислот. В состав жиров входят остатки жирных кислот предельных (насыщенных) и непредельных (ненасыщенных). Жиры разного происхождения отличаются друг от друга составом жирных кислот. Все жирные кислоты, входящие в состав жиров, содержат четное число атомов углерода — от 14 до 22, но чаще 16 и 18. Растительные жиры, кроме кокосового масла и масла бобов какао, остаются жидкими при температуре, близкой к 0 °С, так как содержат значительное количество непредельных жирных кислот.

Насыщенные жирные кислоты — пальмитиновая (С₁₅Н₃₁СООН), стеариновая (С₁₁Н₃₅СООН), миристиновая (С₁₃Н₂₇СООН). Эти кислоты используются в основном как энергетический материал, содержатся в наибольших количествах и в животных жирах, что определяет высокую температуру плавления (50—60 °С) и твердое состояние этих жиров.

Ненасыщенные жирные кислоты подразделяют на мононенасыщенные (содержат одну ненасыщенную водородную) и полиненасыщенные (несколько связей). Основной представитель мононенасыщенных жирных кислот — олеиновая кислота (С₁₈Н₃₄О₂), содержание которой в оливковом масле составляет 65%, в сливочном масле — 23%.

К полиненасыщенным жирным кислотам относят линолевую (С₁₈Н₃₂О₄) с двумя двойными связями; линоленовую (С₁₈Н₃₀О₂) с тремя двойными связями и арахидоновую (С₂₀Н₃₂О₂) с четырьмя двойными связями. Незаменимыми жирными кислотами являются линолевая, линоленовая и арахидоновая. Они обладают наибольшей химической активностью, принадлежат к витаминоподобным соединениям и носят название фактора F. Арахидоновая кислота находится в рыбьем жире и жире морских животных. Основной источник линолевой кислоты — подсолнечное масло (60%). В растительных маслах преобладают олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты. В стандартах на растительные масла имеется показатель — йодное число, который характеризует степень ненасыщенности кислот. Чем выше йодное число, тем больше ненасыщенных кислот в жире, тем выше вероятность его прогоркания.

Усвояемость жиров в значительной степени зависит от температуры плавления. По усвояемости различают: жиры с температурой плавления 37°С, усвояемость 70-98% (все жидкие жиры, жиры молока, свиной топленый, жиры птиц и рыб); жиры с температурой плавления 50-60 ^оС усваиваются плохо (бараний жир — 44-51 ^оС).

Жидкие жиры могут превращаться в твердые путем насыщения водородом непредельных жирных кислот. Этот процесс называется гидрогенизацией. Получение маргарина основано на гидрогенизации жира.

Жиры нерастворимы в воде, но в присутствии белков слизистых веществ, называемых эмульгаторами, способны образовывать с водой стойкие эмульсии. На этом свойстве жиров основано получение маргарина, майонеза и различных кремов.

Жиры легче воды, так как они имеют плотность ниже единицы — 0, 7—0, 9. У жиров высокая температура кипения, поэтому их используют для жарки, они не испаряются с горячей сковороды. Однако при сильном нагревании (240—260 °С) жир разлагается, образуя летучие сильно пахнущие вещества. Жиры относятся к нестойким соединениям, поэтому в процессе производства, обработки и хранения под влиянием внешних факторов в них могут происходить процессы гидролиза (расщепление на глицерин и свободные жирные кислоты в присутствии воды, кислот, ферментов). Гидролиз является первоначальной стадией порчи жиров при хранении. Образующиеся свободные жирные кислоты придают жиру посторонний привкус, поэтому в стандарты на пищевые жиры введен показатель качества жиров — кислотное число. В промышленности из жиросодержащего сырья при высокой температуре в присутствии щелочей получают мыло (процесс омыления).

Окисление жира — процесс химического взаимодействия кислорода и остатков непредельных жирных кислот триглицеридов — протекает в три стадии.

Окисление жиров под действием атмосферного кислорода называется автоокислением. Первая стадия автоокисления — индукционный период, когда окислительные процессы в жирах почти не обнаруживаются. Устойчивость, различных жиров и масел к окислению характеризуется сравнительной длительностью их индукционных периодов. На второй стадии автоокисления происходят реакции, в результате которых образуются перекисные соединения. На третьей стадии протекают вторичные реакции перекисных соединений, в результате чего в жирах накапливаются гидроперекиси и продукты их превращений — альдегиды, кетоны, свободные низкомолекулярные жирные кислоты, которые изменяют вкус и запах жиров и масел и существенно снижают их пищевое достоинство.

Липоиды (жироподобные вещества). К ним относятся фосфатиды, стерины и воски.

Фосфатиды являются липидами, содержащими связанную фосфорную кислоту. Представляют собой сложные эфиры обычно одноатомных спиртов, одна или две спиртовые группы которых этерифицированы фосфорной кислотой. В фосфатиды, кроме остатков фосфорной кислоты входит одно из азотистых оснований — холин, коламин или серии. Фосфатиды, состоящие из остатков глицерина, жирных кислот, фосфорной кислоты и холина, называются лецитинами. Лецитин в воде не растворим, но образует с ней эмульсии. Это свойство лецитина используется в маргариновой промышленности, при производстве шоколада, вафель, печенья. Много лецитина в яичном желтке (9, 4%), сое (1, 7%), молочном жире (1, 3%), грибах (7, 0%), нерафинированных растительных маслах.

Кефалин — это фосфатид, в котором фосфорная кислота соединена с каломином, являющимся менее сильным основанием, чем холин. Кефалин обладает более кислыми свойствами, чем лецитин; играет важную роль в процессе свертывания крови.

Стерины — высокомолекулярные циклические спирты, в жирах встречаются в свободном виде и в виде стеридов — эфиров жирных кислот. В состав животных жиров входит холестерин (мозг, яичный желток, плазма крови — 1, 6%). В растительных и бактериальных клетках наибольшее значение имеет эргостерин, отличающийся от холестерина двумя дополнительными двойными связями и одной дополнительной метильной группой, под действием ультрафиолетовых лучей эргостерин превращается в кальциферол — витамин D.

Воски по химической природе близки к жирам. Растительные воски образуют налет на поверхности листьев, плодов, овощей, который защищает их от микробов, высыхания, излишней влажности. К воскам животного происхождения относится пчелиный воск.