Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
ТЕОРЕтические основы пищевых технологийСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ Им. М. ТУГАН-БАРАНОВСЬКОГО
Кафедра технологии питания В.А.Гницевич ТЕОРЕтические основы пищевых технологий
Учебное пособие для студентов специальности 7.091711 «Технология питания» Дневной и заочной форм обучения Издание второе, переработанное и дополненное
Донецк 2006
ББК 36-1 я 73 Г 56 УДК 641.1(075.8)
Рецензенты:
Стиборовский С.Э.., канд. техн. наук, доцент Нужная Т.В.., канд. хим. наук, доцент
Гницевич В.А. Г 56 Теоретические основы пищевых технологий. Уч. пособие для студ. спец. 7.091711 «Технология питания» дневной и заочной форм обучения. Издание 2-е, перераб. и доп. - Донецк: ДонГУЭТ, 2006. – 175 с.
В учебном пособии рассматриваются сущность физико-химических изменений, формирующих качество продуктов питания в процессе технологической обработки. Акцентируется внимание студентов на значимость этого материала, так как он тесно связан с практической технологией и позволяет лучше понять процессы, которые происходят в пищевых продуктах в процессе обработки.
ББК 36-1 я 73
СОДЕРЖАНИЕ
ВСТУПЛЕНИЕ
Питание - одна из центральных проблем, решение которой составляет предмет постоянных забот человечества. Пища человека содержит множество химических соединений как органических, так и минеральных. Главную долю органических веществ пищи составляют основные вещества – белки, углеводы, жиры. Основную массу элементов, из которых построены пищевые вещества, а также и тело человека, составляют углерод, водород, кислород и азот. Эти элементы входят и в состав главных конечных продуктов обмена веществ – углекислого газа, воды и мочевины. Здоровье человека в значительной степени определяется его пищевым статусом, т.е. степенью обеспеченности организма энергией и целым рядом пищевых веществ. Отклонения от формулы сбалансированного питания приводит к нарушению функций организма. Социально-экономическая проблема дефицита, высокая стоимость и низкое качество пищевых и, в первую очередь, мясных продуктов, приобрели в данный момент особую остроту. Несмотря на формальное наличие нормативных документов, регламентирующих характеристику сырья, вспомогательных материалов и готовых изделий, их качество часто не отвечает современным требованиям, а существующая система технологического контроля не является достаточно эффективной. И в этом вопросе основную роль должна принадлежать инженеру-технологу как специалисту отрасли. В настоящее время специалист в области питания обязан не только в совершенстве знать состав и основные свойства сырья, не только понимать сущность и взаимосвязь процессов, происходящих в продуктах на разных этапах переработки, но и в совершенстве знать причины изменений отдельных показателей качества на различных этапах технологической цепочки, уметь управлять качеством сырья и готовой продукции, быть ориентированным на запросы потребителей, владеть вопросами ценообразования, рыночной конъюнктуры и рекламы. В настоящем учебном пособии рассматриваются материалы, касающиеся физико-химических изменений, протекающих в пищевых продуктах при кулинарной обработке, их влияние на пищевую ценность и безопасность продукции (изменения белков, липидов, сахаров, крахмала, витаминов, образование новых вкусовых и ароматических веществ), изменение структурно-механических характеристик продукции и другие вопросы. Таким образом, в пособии рассмотрены научно-теоретические основы технологии продуктов питания на базе новейших исследований, выполненных в нашей стране и за рубежом. Показано, что кулинарная обработка оказывает двоякое влияние на пищевые продукты: с одной стороны улучшаются вкус, запах консистенция продукта, с другой – разрушаются витамины и другие биологически активные вещества, образуются новые химические соединения, вредные организму человека. Изучение физико-химических процессов необходимо для усиления положительного и минимизации отрицательного влияния кулинарной обработки на качество готовых изделий. Материал, изложенный в учебном пособии, призван помочь студентам разобраться в сложных вопросах, касающихся роли основных пищевых веществ в пищевой технологии, в проблемах, связанных с превращением микро- и макронутриентов в технологическом потоке.
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Среди основных проблем, стоящих перед человеческим обществом в настоящее время, можно выделить несколько главных, превалирующих над всеми другими: Ø обеспечение населения земного шара продуктами питания; Ø обеспечение энергией; Ø обеспечение сырьем, в том числе водой; Ø охрана окружающей среды, экологическая и радиационная безопасность жителей планеты. Среди них одной из важнейших является обеспечение населения продуктами питания. Питание является необходимой физиологической потребностью организма. Ингредиенты пищевых веществ, поступая в организм человека с пищей и преобразуясь в ходе метаболизма, обеспечивают организм энергией для построения тканей и клеток, являются источником или основой образования ферментов, гормонов и других регуляторов метаболизма, создают необходимую физиологическую и умственную работоспособность, определяю здоровье и продолжительность жизни человека, его способность к воспроизводству. Поэтому состояние питания, является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье нации. Продукты питания должны не только удовлетворять потребности человека в основных питательных веществах и энергии, но и выполнять лечебные и профилактические функции. На решение этих задач и направлена концепция государственной политики Украины в области здорового питания населения. Концепция здорового питания подразумевает проведение комплекса мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей населения в рациональном здоровом питании с учетом его традиций, привычек, экономического положения, соответствия требованиям медицинской науки. Организация здорового питания – сложный и многофакторный процесс, который можно реализовать, только опираясь на глубокие знания, стройную научную концепцию и продуманную научно-техническую политику. Все это требует не только коренного совершенствования технологии получения традиционных продуктов питания, но и создания нового поколения продуктов, отвечающих требованиям и реалиям сегодняшнего дня. Классификацию современных продуктов можно представить семой (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Классификация продуктов питания
Питание – достаточно сложный процесс потребления, переваривания и усваивания пищи. Но поскольку любому процессу потребления предшествует технологический процесс переработки продукта, то понятно, почему важно сделать его обоснованным. Пища – это сложная смесь приготовленных к потреблению продуктов. Для того чтоб узнать, как усваивается пища, необходимо определить ее составные части и их роль в технологическом процессе. С точки зрения технологии в составе пищи выделяют пищевые и непищевые (посторонние) вещества. Пища главным образом состоит из продуктов животного и растительного происхождения, так как вода из-за ее широкого распространения, в понятие пищи не входит. Главную часть пищевых веществ составляют так называемые питательные вещества: белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины и вода. Питательными их называют потому, что они играют ведущую роль в питании, хотя структурный состав продуктов питания более разнообразен и дополняется другой группой пищевых веществ – вкусовыми веществами (ароматические вещества, красители, пищевые волокна). Зачем они нужны? Если основные питательные вещества не имеют выраженных вкуса, запаха и цвета, то вкусовые вещества обеспечивают органолептические показатели продукта, что немаловажно, так как преимущество всегда отдается продуктам с приятным цветом, вкусом и запахом. Таким образом, основные питательные вещества и вкусовые вещества составляют в сумме пищевые вещества. Что касается их необходимости, то белки, некоторые жиры (вернее жирные кислоты), витамины, вода, минеральные вещества относятся к безусловно необходимым, т. к. в организме человека не синтезируются. Углеводы и некоторые жиры принадлежат к заменимым пищевым веществам. Кроме заменимых и незаменимых пищевых веществ выделяют также посторонние вещества, которые возникают либо под влиянием технологического процесса или неоптимального хранения, либо появляются в продукте из окружающей среды или содержатся в пищевых продуктах как их составная часть. Природные компоненты посторонних веществ можно разделить на несколько групп: Ø Антипитательные вещества (ингибиторы ферментов, антиаминокислоты, антивитамины, антиминеральные вещества). Ø Вещества с токсическим действием (природные и антропогенные контаминанты – пестициды, некоторые консерванты, искусственные пигменты, радиоактивные вещества). Ø Пищевые добавки (используются в технологическом процессе сознательно). Состав пищевых продуктов в обобщенном виде представлен на рис.1.2.
Каждая из представленных групп веществ должна быть объектом контроля различных служб. Можно сделать вывод, что любой технологический процесс должен усиливать действие полезных веществ и сводить к минимуму влияние веществ, имеющих неблагоприятный характер. Потому инженеру технологу необходимо так построить технологический процесс, чтоб эффективность питания была максимальной при влиянии негативных факторов. Для этого необходимо знать про роль отдельных составных частей продуктов и факторы, которые на них влияют. Но знать систематизацию веществ по составу недостаточно, так как они по-разному используются в организме. Необходимо знать и роль отдельных веществ в покрытии потребностей организма.
С этой точки зрения пищевые вещества делятся на 3 группы: Ø вещества преимущественно энергетического направления (жиры, углеводы, некоторые белковые вещества, спирт, органические кислоты); Ø вещества, используемые преимущественно для пластических нужд (белки, жиры, углеводы, кальций, фосфор, железо); Ø вещества, используемые как катализаторы или материал для образования ферментов. Если провести детальный анализ всех пищевых веществ по степени их необходимости, то нужно отметить, что пищевой рацион человека должен включать порядка 46 соединений: Ø 8 незаменимых аминокислот; Ø 3 жирные аминокислоты; Ø 16 жиро- и водорастворимых витаминов; Ø 15 минералов и воду. В свете вышеизложенного становится очевидной роль инженера технолога: максимальное обеспечение организма человека незаменимыми нутриентами, что возможно только при глубоких знаниях сущности технологических процессов.
БЕЛКИ В ТЕХНОЛОГИЯХ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ ХАРАКТЕРИСТИКА И ИЗМЕНЕНИЕ БЕЛКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ
Общее представление о белках как химических веществах было получено при изучении курса органической химии. Белки в питании человека занимают особое место, так как они выполняют ряд специфических функций, свойственных только живой материи. Биологические функции белков многосторонни и разнообразны, и более полные сведения об этом были получены при изучении курса «Основы физиологии питания». В последние годы проблема обеспечения населения пищевым белком приобретает все большее значение. Необходимо не просто увеличение количества потребляемого белка, но и его рациональное использование. Белки – это высокомолекулярные органические соединения, являющиеся сополимерами аминокислот. На долю белков приходится около половины сухой биомассы клетки. В природе существует примерно от 1010 до 1012 различных белков, составляющих основу всех видов живых организмов. Огромное многообразие белков обусловлено способностью 20 α-аминокислот взаимодействовать друг с другом с образованием полимерных соединений с молекулярной массой от 6 тысяч и до 1 миллиона (и более) дальтон. Поэтому белки отличаются длиной цепи, количеством каждой из 20-ти аминокислоты, порядком их очередности. Отсюда очевидно, что число вероятных аминокислотных последовательностей практически неисчерпаемо. Аминокислотный состав белков не одинаков и является важнейшей их характеристикой, определяется наследственной информацией, закодированной в ДНК. Аминокислоты, входящие в состав белков, являются амфотерными электролитами, обладают свойствами как кислот, так и оснований, поскольку содержат основные группы (-NН2) и кислые (-СООН). В 1888 г. А.Я.Данилевский предположил, что основной связью в белковой молекуле является пептидная (-СО-NН-), возникающая между остатками аминокислот вследствие взаимодействия их основных и кислых групп. Аминокислоты, входящие в состав белков, могут быть заменимыми и незаменимыми (не синтезируемыми в организме). Поэтому белки, содержащие все 8 незаменимых аминокислот, называют полноценными, лишенные (лимитированные) одной или нескольких - неполноценными. Степень полноценности зависит также от оптимального их соотношения в белке. В связи с огромным разнообразием белков, различием их химических, физических и биологических функций классификация и номенклатура белков разработаны далеко не полностью. Строго научная классификация отсутствует. На сегодняшний день наиболее удачной считается классификация по структурным признакам с определенным сочетанием характерных физико-химических свойств белков. Все белки по составу подразделяются на: Ø простые (протеины); Ø сложные (протеиды), в состав которых входят: Ø глюкоза – гликопротеиды; Ø липиды – липопротеиды; Ø пигменты – хромопротеиды. Ø нуклеиновые кислоты – нуклеопротеиды. По пространственному расположению: Ø фибриллярные (склеропротеины) – состоят из вытянутых или спирализованных полипептидных цепей, расположенных параллельно, полипептидные цепи объединены в волокна (фибриллы). Нерастворимы в воде. Ø глобулярные (сферопротеины) – состоят из одной или нескольких полипептидных цепей, плотно свернутых за счет ковалентных и нековалентных связей в компактную частицу, называемую глобулой. Обычно хорошо растворимы в воде. По количеству цепей в молекуле: Ø олигомеры (больше, чем 1 цепь); Ø протомеры (1 отдельная цепь).
По растворимости: Ø альбумины – в воде и разведенных солях в интервале рН = 4-8,5; Ø глобулины – в нейтральных растворах солей сильных кислот, нерастворимы в воде; Ø глутелины – в разведенных щелочах и кислотах (содержат 45% глутаминовой кислоты); Ø проламины – в 50-90%м этаноле (до 45% глутаминовой кислоты и 15% пролина); Ø гистоны – низкомолекулярные, основные, растворимые в воде и кислотах. Все белки имеют определенную пространственную структуру, которая очень сложная, но построена по определенным закономерностям. Основными уровнями строения белковой молекулы приняты: Ø первичная; Ø вторичная; Ø третичная; Ø четвертичная. Деление на структуры основано на систематизации видов связей, образующих тот или иной уровень. В молекуле белка линейная последовательность размещения аминокислот строго определена, характерна только для данного вида белка и определяет его природную структуру. Эта последовательность является уникальной и называется первичной структурой. В основе образования первичной структуры лежит пептидная связь, разрушаемая только при жестком химическом, физическом или термическом воздействии.
R1 – СО – NН - R2 – СО – NН - R3 - …….- СО – NН - Rn Вторичная структура образуется в результате взаимодействия атома водорода одной цепи и атома кислорода другой или той же самой цепи с образованием водородной связи NH…O=CH- Из-за большого количества образовавшихся водородных связей цепь белковой молекулы скручивается в спираль. Когда образование водородной связи невозможно из-за возникновения дисульфидных связей или наличия аминокислоты пролина, образуется изгиб или петля. Кроме спиралевидной образуется еще и складчатая вторичная структура, характерная для коллагена – фибриллярного белка. Особенностями вторичной структуры объясняется различное отношение белков к внешним воздействиям. Так, спираль разрушается легко, тогда как коллаген очень стоек. Полипептидные цепочки в белке определенным образом группируются и фиксируются в пространстве с помощью взаимодействия белковых групп одной цепи или нескольких. Такая структура также уникальная для каждого вида белка, называется третичной. В ее образовании принимают участие: Ø дисульфидная связь R1-S-S-R2 (между группами -SH соседних участков); Ø водородные мостики R1-C=O…H-N-R2; Ø ионная связь R1-CО; Ø O-H3N-R2; Ø солевые мостики; Ø эфирные связи. Для многих белков характерна четвертичная структура – это объединение нескольких одинаковых по первичной, вторичной, третичной структуре белковых молекул. Четвертичную структуру имеет, например, гемоглобин.
а) б) в)
Рис. 2.1. Схема структуры белка а – вторичная, б - третичная; в - четвертичная Каждая из перечисленных структур определяет свойства белковой молекулы. Суммарные свойства неизменного белка называется нативными свойствами. С другой стороны, каждая из форм очень чувствительна к воздействию внешних факторов и может изменяться под их влиянием, вследствие свойства белка также изменяются. Белки являются полиамфотерными электролитами из-за наличия карбоксильных и аминных групп на их поверхности. Белок преимущественно является кислотой, чем щелочью, поэтому его изоэлектрическая точка лежит при рН ниже 7. Величина рН и добавление электролитов влияют на заряд и форму белковой молекулы, поэтому, вероятно, эти факторы могут влиять и на свойства рецептурных систем, в состав которых входит белок – вязкость, объем набухших студней, влагоудерживающую способность.
Белки, как сложные полимерные соединения, характеризуются определенными физико-химическим показателями. Это молекулярная масса, наличие определенных полярных групп, определенное значение изоэлектрической точки, оптические свойства, показатель преломления и т. д. Эти свойства проявляются в связи с тем, что белок – химическое вещество с наличием в своем составе определенных химических соединений. Благодаря пониманию того, белок является соединением с определенными общими (для всех белков) и индивидуальными (для отдельных белков) свойствами, появляется возможность их определения в смесях веществ (например, биуретовая реакция). Можно также проводить и индивидуальные реакции, которые в технологическом процессе оцениваются как модификация. Помимо физико-химических, существуют еще и функциональные свойства белка. Их оценивают как возможность белка – вещества выполнять ту или другую функцию в технологическом процессе. Под функциональными свойствами подразумевают так же физико-химические характеристики белков, определяющие их поведение при переработке в пищевые продукты и обеспечивающие определенные структуру, технологические и потребительские свойства. Например, способность белка быть анионом, катионом (в зависимости от рН) определяет его растворимость в определенных условиях или способность выпадать в осадок. Физико-химические свойства нативного белка – это его объективная характеристика, а функциональные свойства зависят от многих условий, т. е. их можно корригировать. Технологу необходимо знать, при каких условиях белок максимально проявляет свои функциональные свойства. Существует понятие и технологические свойства – это общие свойства пищевых продуктов, которые реализуются в технологическом процессе. Так как практически все продукты питания состоят из нескольких пищевых веществ, то технологические свойства этих продуктов проявляются как функциональные свойства их составных частей. В технологическом плане многие продукты используются с учетом того, что их технологические свойства объясняются присутствием белка как носителя функциональных свойств. Существует много функциональных свойств, желательных в белоксодержащих продуктах. Для наглядности приведем примеры некоторых функциональных свойств, необходимых или желательных в производстве тех или иных продуктов. Растворимость – используется для достижения необходимой консистенции, создания коллоидной системы (например, напитки). Водоудерживающая способность – используется при приготовлении рубленых мясных и рыбных фаршей, замесе теста. Эмульгирующая способность – используется при приготовлении соусов эмульсионного типа (майонезы), рубленых мясных изделий, колбас. Пенообразующая способность – используется в изделиях с пенной структурой (бисквитное тесто, кремы, муссы, самбуки, мороженое и т. д.). Когезионная способность – проявляется при замесе различных видов теста, приготовлении фаршевых изделий, использовании панировки. Текстурность – (способность расслаиваться, крошиться и т. д.) – используется при приготовлении песочного, слоеного тесто, текстурированных продуктов, хлебобулочных изделий. Студнеобразующая способность - используется при приготовлении студней, джемов, желе, колбасных изделий. Функциональные свойства определяются природой белка и характером взаимодействия с другими компонентами пищевой системы. Функциональные свойства зависят от структуры и состояния белка и могут корригироваться параметрами технологического процесса. Функциональные свойства обуславливаются поверхностными характеристиками белка на уровне первичной структуры, соотношением межмолекулярных и внутримолекулярных связей различных типов, аминокислотной последовательности, вторичной и третичной структурой, определяющими пространственную доступность.
Методами различного влияния на белок, которые, в общем, называют модификацией, можно достичь изменения целого комплекса физико-химических свойств. Эта проблема очень важна, т. к. открывается возможность целенаправленного регулирования функциональных свойств белка и белковых систем в технологии приготовления продуктов питания. На современном этапе модификация функциональных свойств белка не очень расширена в технологиях пищевых производств, но технологу нужно знать, что ее использование позволит существенно влиять не только на технологический процесс, но и на рецептурный состав и качество изделий. Выделяют 3 основных направления регулирования свойств белка: Ø ферментативная обработка; Ø химическая модификация; Ø физико-химическая обработка.
Возможности химической модификации связаны, в первую очередь, с деструкцией пептидных целей, гидролизом амидных групп аспарагина и глутамина, изменением структуры белка путем образования новых ковалентных и ионных связей. Химическая модификация позволяет регулировать гидрофильно-гидрофобный баланс белковых систем путем введения с помощью реагентов функциональных дополнительных групп, измерять суммарный заряд белка. Химическая модификация осуществляется за счет кислотного или щелочного гидролиза белков (солюбилизация), стабилизация белков путем солеобразования, ацилирования, пластеиновой реакции. Щелочной и кислотный гидролиз нашли широкое применение для солюбилизации белков рыбы в ходе получения белковых рыбных концентратов, в результате чего улучшилась их растворимость, эмульгирующая и пенообразующая способность. Интенсивность гидролиза зависит от: Ø концентрации кислот и щелочей; Ø субстратного соотношения; Ø температуры; Ø времени гидролиза. В результате полного гидролиза получают аминокислоты, используемые в современных технологиях. Путем химической модификации добиваются деструкции глобулина, бобовых и сои, придавая им способность к гелеобразованию, что больше характерно для фибриллярных белков (желатин). Возможна солюбилизация белков путем солеобразования. Уже отмечалось, что белки могут взаимодействовать как с катионами, так и с анионами путем образования либо «солевых мостиков», либо путем сорбции ионов на поверхности белка. При этом образуются протеинаты, характеризирующиеся большей растворимостью в сравнении с нативными или обессоленными белками. Это соевые протеинаты, казеинат молока, натриевый копреципитат молока. Наиболее часто из солей – модификаторов используют хлористый натрий и неорганические фосфаты.
Таблица 2.1. Методы химической модификации
В этом случае изменяют структуру белка путем использования ферментов растительного, животного или микробного происхождения. Благодаря частичному гидролизу белков достигают повышения его растворимости, эмульгирующей способности, пенообразования. Особый интерес представляет реакции расщепления и образования пептидных связей под действием протеаз. Наиболее эффективный метод повышения растворимости белков путем ферментативного гидролиза. Единственное, нужно учитывать, что глубокий гидролиз белков животного происхождения приводит к накоплению пептидов гидрофобного характера (ферменты: пепсин, папаин, проназа). Ферментативный гидролиз в отличии от химического, не снижает пищевую ценность белков и не уменьшает его усвояемость. Очень интересна и сочень перспективна недавно открытая пластеиновая реакция – процесс, обратный ферментативному расщеплению, когда под действием протеолитических ферментов заново образуются пептидные связи. Этот процесс используется для повышения биологической ценности и функциональных свойств белков. Проведены опыты по повышению биологической ценности зеина – белка кукурузы - путем встраивания в его структуру триптофана, лизина и метионина. Повышают ценность соевых белков, добавляя в них серосодержащие аминокислоты. Добавляя глутаминовую кислоту в некоторые растительные пластеины, добиваются определенного вкуса термообработанного мяса. Реакция проходит по схеме:
Используя пластеиновую реакцию можно исключать нежелательные аминокислоты. Например, фенилаланин вызывает обострение у больных фенилкетанурией. Исключая эту аминокислоту, создают продукты для людей с данным заболеванием.
Таблица 2.2. Методы ферментативной модификации белков
Продолжение табл. 2.2.
|
Рис. 1.2. Состав пищевых продуктов
