Лекции для студентов

Лекционный материал по дисциплине “Пищевая химия” — Изменения макро- и микронутриентов в технологическом потоке

Изменения макро- и микронутриентов в технологическом потоке

Изменения белков в технологическом потоке

Нативная трехмерная структура белков поддерживается разнообра­зием внутри- и межмолекулярных сил и поперечных связей. Любое из­менение условий среды в технологических потоках производства пище­вых продуктов оказывает влияние на связи молекуляр­ной структуры и может привести к разрушению четвертичной, тре­тичной и вторичной структуры. Этот процесс называется денатурацией.

Большинство белков денатурируются в присутствии сильных минеральных кислот или оснований, при нагревании, охлаждении, обработке поверхностно-активными веществами, мочевиной, солями тяжелых металлов (Ag, Pb, Hg) или органическими растворителями (этанолом, метанолом, ацетоном).

Большая часть белков денатурируется при температурах выше 60°С, однако встреча­ются и термостабильные белки (казеин и а-лактоальбулин молока и а-амилазы некоторых бактерий). Тепловая денатурация белков является одним из основных физико-химических процессов, лежащих в основе выпечки хлебобулочных изделий, сушки макаронных изделий, варки, жарения овощей, рыбы, мяса, консервирования, пастеризации и стерилизации молока. Данный вид пре­вращений относится к полезным, так как он ускоряет переваривание бел­ков в желудочно-кишечном тракте человека.

Однако при тепловой обработке продуктов выше 100°С со значительной скоростью про­текает взаимодействие белков с восстанавливающими сахарами, сопро­вождающееся образованием карбонильных соединений и темноокрашенных продуктов — меланоидинов, при этом теряются незаменимые аминокислоты (лизин, треонин), что ухудшает пищевую ценность продукта.

Термическая обработка белоксодержащей пищи при температурах выше 120°С или при более низких, но в щелочной среде, при­водит не к денатурации, а к разрушению (деструкции) макромолекул бел­ка с отщеплением функциональных групп, расщеплением пептидных свя­зей и образованием сероводорода, аммиака, углекислого газа и ряда бо­лее сложных соединений небелковой природы. Некоторые из них обладают мутогенными свойствами.

Наряду с денатурацией белков возможна их агрегация. Способность белков к формированию высоко агрегированных и надмолекулярных образований зависит от рН, ионной силы и состава среды.

С повышением рН от 4,0 до 9,1 агрегация белков злаковых культур (пшеницы, ржи, ячменя) повышается. Также агрегирующая способность белков повышается при увеличении концентрации нейт­ральных солей.

Дегидратация белков. Потеря белками связанной воды происходит под влиянием внешних воздействий: сушка продуктов питания, замораживание, хранение в замороженном состоянии и размораживание пищевых продуктов.

Коллоидное состояние белка. Белки обладают различной растворимостью. Одни белки растворяются в дистиллированной воде, другие — в слабых солевых растворах, третьи — в спирте. Некоторые белки нерастворимы.

Часто растворение белков в воде начинается с набухания. При этом белки поглощают воду и увеличиваются в массе в 1,5 2 раза.

Способность белка набухать зависит от многих факторов: рН раствора, введения солей, температуры и др. Минимальное набухание происходит в изоэлектрической точке и усиливается при сдвиге рН в кислую или щелочную сторону от изоэлектрической точки.

Растворение не всегда сопровождается набуханием, оно характерно для фибриллярных белков (глобулярные белки молока набухают незначительно). При растворении белков образуются коллоидные растворы золи (с диаметром частиц 0,001-0,1 мкм).

Изменения липидов в технологическом потоке

При получении продуктов питания в ходе технологического потока липиды исходного сырья претерпевают разнообразные превращения. Значительные изменения происходят и в липидном комплексе хранящихся продуктов.

Главные направления этих превращений — гидролиз липидов, окислительное и биохимическое прогоркание в пищевом сырье, полуфабрикатах и готовых продуктах.

Гидролиз триацилглицеринов

Под влиянием щелочей, кислот, фермента липазы, а также при действии высоких температуры (220-225ºC) и давления (2,0-2,5МПа) триацилглицерины гидролизуются с образованием ди-, затем моноацилглицеринов и, в конечном счете, жирных кислот и глицерина.

При повышении влажности хранящихся продуктов, температу­ры и активности липазы гидролиз липидов интенсифицируется. Гидролиз ацилглицеринов под действием липазы про­текает ступенчато. При этом гидролиз в первую очередь протекает по сложноэфирным связям 1, 3.

Гидролиз триацилглицеринов широко применяется в технике для по­лучения жирных кислот, глицерина, моно- и диацилглицеринов, а также в процессе получения («варки») мыла.

Переэтерификация

Большое практическое значение имеет группа реакций, протекающих при тем­пературе 80–90°С в присутствии катализаторов, при которых идет обмен ацильных групп (ацильная миграция), приводящий к обра­зованию молекул новых ацилглицеринов. При этом ацильная миграция происходит как внутри молекулы ацилглицерина (внутримолекулярная переэтерификация), так и между различными молекулами ацилглицеринов (межмолекулярная пе­реэтерификация).

Переэтерификация высокоплавких животных и растительных жи­ров с жидкими растительными маслами позволяет получить пищевые пластичные жиры с высоким содержанием линолевой кислоты при от­сутствии трансизомеров жирных кислот. Переэтерифицированные жиры специ­ального назначения применяются в хлебопечении, при производстве аналогов молочного жира, кондитерского жира, комбинированных жиров и т. д.

Присоединение водорода (гидрирование ацилглицеринов)

Гидрирование масел и жиров молекулярным водородом в промышленности проводят при температурах 180–240°С в присутствии катализаторов.

Задача гидрогенизации масел и жиров — целе­направленное изменение жирнокислотного состава исходного жира в результате частичного или полного присоединения водорода к остаткам ненасыщенных жирных кислот в липидах растительного происхождения.

Окисление ацилглицеринов

При свободном доступе воздуха происходит окисление жиров, которое ускоряется с повышением температуры. При хранении (температура от 2 до 25°С) в жирах происходит автоокисление (самоокисление), при обжаривании (температура от 140 до 200°С) — термическое окисление.

Первыми продуктами окис­ления являются разнообразные по строению гидропероксиды (первичные продукты окисления). Преимущественно окисляется группа -СН₂-, соседняя с двойной свя­зью (α-положение), а с наибольшей скоростью — расположенная между двумя двойными связями. Образовавшиеся гидропероксиды неустойчи­вы; в результате их сложных превращений образуются вторичные продук­ты окисления: окси- и эпоксисоединения, спирты, альдегиды, кетоны, кислоты и их производные.

Для подавления процесса автоокисления используют антиоксиданты, которые могут связывать активные радикалы. При введении антиоксидантов в количестве 0,01% стойкость жиров к окислению увеличивается в 10–15 раз.

Если жир нагрет до температуры от 140 до 200⁰ С в воздушной среде, то присоединение кислорода к углеводородным радикалам жирных кислот происходит интенсивно и более беспорядочно, минуя некоторые стадии, имеющие место при автоокислении. При этом не только снижается пищевая ценность липидов, но и возникает реальная угроза здоровью при употреблении липидов с продуктами окисления.

Изменения минеральных веществ в технологическом потоке

При переработке пищевого сырья, как правило, происходит снижение содержания минеральных веществ (кроме технологий, предусматривающих их специальное введение: добавление поваренной соли, производство ферментативных, а также плавленых сыров и т.д.).

В растительных продуктах они теряются с отходами. Так, содержание ряда макро- и микроэлементов при получении крупы и муки после обработки зерна снижается, так как в удаляемых оболочках и зародышах этих компонентов находится больше, чем в целом зерне. При очистке овощей и картофеля теряется от 10 до 30% минеральных веществ. Если их подвергают тепловой обработке, то в зависимости от технологии (варки, обжаривании, тушении) теряется еще от 5 до 30%.

Мясные, рыбные продукты и птица, в основном теряют такие макроэлементы как кальций и фосфор при отделении мякоти от костей. При тепловой кулинарной обработке мясо теряет от 5 до 50% минеральных веществ. Однако, если обработку вести в присутствии костей, содержащих много кальция, то возможно увеличение его содержания в кулинарно обработанных мясных продуктах на 20%.

При производстве жидких молочных продуктов их минеральный состав практически не изменяется. При производстве белковых молочных продуктов: творога, сыры в них концентрируются соли кальция и магния, но снижается содержание калия, натрия и хлора.

В технологическом процессе за счет недостаточно качественного оборудования может переходить в конечный продукт некоторое количество микроэлементов, в том числе и токсичных, что представляет опасность для здоровья человека.

При хранении консервов в жестяных банках с некачественно выполненным припоем или при нарушении защитного лакового слоя в продукт могут переходить такие высокотоксичные элементы как свинец, кадмий, а также олово.