Хімічний склад харчових продуктів

 

Споживна цінність харчових продуктів

 

Людина здатна жити і працювати лише за умови приймання їжі.

Людина споживає різноманітні продукти, які відрізняються хімічним складом, а отже, споживною цінністю і властивостями.

Найбільше значення у складі харчових продуктів мають вода, вуглеводи, білки, жири, ферменти, мінеральні елементи, вітаміни, дубильні, барвні, ароматичні речовини, органічні кислоти та ін. Всі ці речовини відіграють важливу роль у фізіологічних процесах, які відбуваються в організмі людини.

Одні з них мають енергетичну цінність (жири, вуглеводи, білки), інші — надають продуктам певного смаку, аромату, забарвлення, діють на нервову систему та органи травлення (органічні кислоти, дубильні, ароматичні, барвні речовини), деякі мають бактерицидні властивості (фітонциди).

Споживаючи різноманітну їжу, людина одержує певну кількість речовин, які необхідні їй для загального перебігу життєвих процесів.

Харчові продукти тваринного і рослинного походження дуже різноманітні, але всі вони складаються з одних і тих же речовин, тільки в різному кількісному співвідношенні. Так, наприклад, соняшникова олія, яловичий жир містять в основному жири; м'ясо, сири, яйця багаті на білки; свіжі овочі та плоди являються джерелом вуглеводів, вітамінів та мінеральних елементів.

Для повного уявлення про споживні властивості і харчову цінність продуктів, їхню технологічність і здатність до зберігання необхідно знати не тільки кількісний вміст різних хімічних речовин, а й розподіл цих речовин у продукті, фізико-хімічний склад і можливі зміни при переробці, перевезенні і зберіганні.

За складом і властивостями речовини, з яких складаються продукти, поділяють на дві групи: неорганічні й органічні.

До неорганічних речовин належать вода та мінеральні елементи.

До органічних — вуглеводи, білки, жири, вітаміни, ароматичні, барвні речовини тощо.

 

Неорганічні речовини харчових продуктів

 

Вода

 

Вода - має надзвичайно велике значення для всіх живих організмів.

В організмі людини і тварин в середньому міститься 75-80% води.

Процес старіння організму супроводжується зниженням кількості води (гідратаційна), що призводить до зморщування організмів.

За участю води проходять хімічні реакції, відбуватися обмін речовин і підтримується певний фізичний стан тканин організму.

Харчові речовини засвоюються організмом тільки за наявності води.

Живі організми втрачають воду, коли дихають через пори шкіри, з різними виділеннями.

Втрата 20% води може викликати смерть живого організму. Втрати поповнюються питтям і харчуванням.

Кількість води в харчових продуктах різна: у плодах і овочах 70-90%, у борошні та крупах — 12-15, у рибі — 20-64, у цукрі — 1-4%.

За кількістю води харчові продукти відрізняються між собою (табл.2.1).

 

Таблиця 2.1

Вміст води у деяких харчових продуктах, %

 

Продукт	Кількість води	Продукт	Кількість води
Огірки	95-97	Яловичина	65-69
Капуста білоголовкова	86-90	Ковбаси варені	60-68
Буряк	84-86	Свинина	51-54
Яблука	83-87	Ковбаси напівкопчені	40-52
Цибуля ріпчаста	83-86	Хліб пшеничний	40-44
Абрикоси	82-86	Борошно пшеничне	13-15
Виноград	78-81	Цукор	0,15-0,30
Картопля	76-80	Рослинні олії	0,15-0,30

 

Вода є середовищем, в якому проходять усі життєві процеси. Вона, як розчинник, бере участь у багатьох хімічних та біохімічних реакціях (окиснення, гідролізу, дифузії та ін.). Вода бере участь в регулюванні температури тіла, набуханні колоїдів, побудові тканинних структур.

Потреба дорослої людини у воді становить 2,5-3,0 л на добу, при великих фізичних навантаженнях або при високій температурі навколишнього середовища потреба у воді збільшується до 3,5-5 л і навіть більше.

Нестача води в організмі призводить до згущення крові, а надмірність води — до вимивання солей з організму, збільшення навантаження на серце і нирки. Втрата до 5 л води викликає втрату свідомості, серце не може прокачати по кровоносних судинах загуслу кров.

Незважаючи на те, що властивостям і структурі води присвячено досить багато досліджень, і досі немає єдиної думки з питань структури води, не з'ясовано до кінця закономірності її взаємодії з іншими речовинами.

Часто воду розглядають як інертну речовину. Але вода являє собою сполуку, яка за реакційною здатністю, складом та властивостями дуже відрізняється від більшості рідин.

Відома усім формула Н₂0 може стосуватися лише водяної пари при високій температурі. У рідкому стані вода складається із складних молекул і являє собою полімер. Молекули води з'єднуються між собою внаслідок утворення водневих зв'язків. Водневий зв'язок утворюється через взаємодію позитивного атома водню однієї молекули води з негативним атомом кисню другої молекули води.

 

 

Водневі зв'язки у самій молекулі води міцніші, ніж з киснем сусідньої молекули. Але сили цих зв'язків досить для того, щоб кожна молекула води змогла притягнути й утримати до чотирьох інших молекул води. Найбільшу стійкість мають подвоєні молекули води.

При підвищенні температури міцність водневих зв'язків зменшується, кількість асоційованих молекул і густина води зменшуються.

Вода має ряд специфічних фізичних властивостей.

При нагріванні від 0 до 4°С її об'єм не збільшується, а зменшується. Максимальної густини вона досягає при 3,98°С. При замерзанні об'єм води збільшується, а не зменшується, як об'єми усіх інших тіл. Лід легший за воду, його густина 0,92 г/см². Вода може підніматися високо по тонких капілярах, прилипати до поверхні багатьох тіл.

Харчові продукти являють собою багатокомпонентні системи. Майже вся вода, що входить до складу продуктів, перебуває у зв'язаному стані, але утримується сухими речовинами з різною силою.

Академік П.О.Ребіндер запропонував класифікацію форм зв'язку води із сухим матеріалом продуктів. В основу цієї класифікації він поклав природу створення різних форм та енергії зв'язку. За його твердженнями, зв'язок води з матеріалом визначається енергією, яку треба витратити на порушення цього зв'язку при виділенні вологи з матеріалу. За цією класифікацією форми зв'язку води з матеріалом поділяються на три групи: хімічну, фізико-хімічну та фізико-механічну.

Хімічно зв'язана вода - може входити до складу харчових продуктів у вигляді іонів, або кристалогідратів.

Кристалізаційна вода — це вода, яка утримується певними речовинами, коли вони виділяються з водного розчину у формі кристалів. Наприклад, молекула глюкози виділяється з двома молекулами води (С₆Н₁₂0₆n₂Н₂0), молекула лимонної кислоти з однією молекулою води (С₆Н₈0₇nН₂0). Кристалізаційна вода легко виділяється при звичайному нагріванні.

Іонізована вода - вода, яка зв'язується з матеріалом у вигляді іонів, утримується найбільш міцно, бо входить у структуру речовини. Такий зв'язок води виникає у процесі гідролізу складних речовин, виділити таку воду можна тільки при порушенні структури речовини.

Фізико-хімічно зв'язана вода - поділяється на адсорбційно і осмотично зв'язану.

Адсорбційно зв'язана вода - утримується силовим полем на зовнішній і внутрішній поверхні міцел колоїдного тіла. Колоїдні матеріали характеризуються великою дисперсністю, внаслідок чого вони мають велику внутрішню поверхню і вільну поверхневу енергію, завдяки якій виникає адсорбційний зв'язок вологи. При цьому має місце стиснення об'єму, коли об'єм набухлого тіла стає меншим суми об'ємів матеріалу і води.

Осмотично зв'язана вода - зв'язується колоїдами харчових продуктів, які мають складну будову і велику молекулярну масу. При утворенні гелю частина води захоплюється внутрішнім об'ємом скелета гелю, а друга частина потрапляє туди внаслідок осмосу, тому що в клітинах гелю концентрація розчиненої фракції речовин більша, ніж зовні.

Харчові продукти, що мають переважно фізико-хімічно зв'язану воду, як правило, сухі на дотик і добре зберігаються (борошно, крупи, крохмаль).

Фізико-механічно зв'язана вода - представлена водою в мікро- та макрокапілярах, а також міжклітинною вологою.

Макрокапіляри мають середній радіус більш ніж 10^{-5 см}, а мікрокапіляри мають середній радіус менш ніж 10^{-5 см. Капілярну воду можна вважати вільною, але вона за своїми властивостями відрізняється від вільної води, бо в ній розчинені різні речовини.}

Кількість води і форми її зв'язку із сухим матеріалом продукту істотно впливають на якість і здатність до зберігання продовольчих товарів.

Продукти, які у своєму складі мають велику кількість фізико-механічно зв'язаної води, вологі на дотик і мають невеликі терміни зберігання.

Важливим показником якості продовольчих товарів є вологість. Для більшості продовольчих товарів вологість регламентується діючими стандартами. Зниження або збільшення вологості продукту проти встановленої норми призводить до погіршення якості продукту.

Активність води (Aw) - показник який забезпечує стійкість харчових продуктів при зберіганні, що характеризує вплив зовнішньої атмосфери.

Активність води визначається як відношення тиску водяної пари над харчовим продуктом (Р) до тиску водяної пари над чистою водою (Р₀) при однаковій температурі:

 

Aω = Р/Р₀

 

Активність води пов'язана із загальною кількістю її у продукті та формами зв'язку води із сухими речовинами.

У (табл.2.2) наведено значення активності води і вологості деяких продуктів.

Таблиця 2.2

Активність води і вологість деяких харчових продуктів

 

Назва продукту	Вологість, %	Активність води
Фрукти	90-95	0,97
Куряче яйце	70-80	0,97
М'ясо	60-70	0,97
Сир	40-45	0,96
Джем	30-35	0,82-0,94
Мед	10-15	0,75
Цукор	0,14-0,30	0,10
Борошно	12-15	0,10

 

Харчові продукти з високою вологістю мають більше фізико-механічно зв'язаної води і високу її активність. У таких продуктах добре розвиваються мікроорганізми. Для більшості бактерій нижня межа Aω менша 0,9, для плісеней — 0,75. Активність води має певний вплив на інтенсивність хімічних та біохімічних процесів. Якщо активність води висока, то біологічні процеси мають перевагу над небіологічними, і навпаки. Різновиди псування харчових продуктів також залежать певною мірою від активності води.

При активності 0-0,2 іде окиснення жирів, при 0,3 — інтенсивність окиснення найменша, а при 0,5-0,7 знову збільшується. Процеси неферментативного потемніння продуктів мають місце при активності води 0,5, а ферментативні настають при активності води 0,7 і вище.