Классификация пищевого сырья, используемого в пищевых отраслях Пищевое сырье в большинстве – скоропортящиеся продукты, легко изменяющиеся под действием физических факторов, во многих случаях с высокой начальной стоимостью. Эти особенности пищевого сырья требуют, чтобы при его переработке предусматривались и соблюдались во время всего процесса меры по предотвращению порчи продукта. Режимы обработки, с одной стороны, должны быть наиболее щадящими, обеспечивающими достижение определенной цели обработки, а с другой – минимально воздействовать на свойства продукта, при этом должен обеспечиваться максимальный выход готового продукта из единицы сырья. Пищевые отрасли перерабатывают огромное количество сырья – от простых минеральных соединений до живых организмов. Естественно, что для направленной обработки столь сильно различающегося по свойствам сырья необходимо использовать разнообразные технологические операции, существенно различающиеся по формам воздействия, интенсивности и характеру подведения энергии к обрабатываемым материалам. Все сырье по происхождению можно разделить на две большие группы:

органическое:

растительное;

животное;

неорганическое.

2.2. Краткая характеристика сырья растительного и животного происхождения Сырье растительного и животного происхождения заметно различается по пищевой ценности в широком смысле этого слова, то есть по его роли в питании человека. Продукты животного происхождения: мясо, рыба, молоко, яйца по химическому составу наиболее приближены к потребностям живого организма, прежде всего к потребностям человека. В количественном отношении их требуется меньше для покрытия расходов организма, помимо этого с ними

поступают наиболее важные для организма соединения (ферменты, незаменимые аминокислоты, микроэлементы) в наиболее усвояемой для него форме. Но не стоит умолять значения растительного сырья для организма. С продуктами растительного происхождения в организм поступает большое количество витаминов и микроэлементов. Однако пищевые продукты животного происхождения прекрасно усваиваются не только высшими, но и низшими организмами (микроорганизмами) и практически все являются скоропортящимися. Это накладывает определенный отпечаток на производство, который нельзя не учитывать. Критерием эффективности производства, перерабатывающего сырье животного происхождения, является максимальная его экономия, выработка максимума продукции из единицы сырья. Растительные продукты тоже являются неплохой пищей для микроорганизмов, но способы сохранения их более легкие и менее дорогие. 2.3. Продукты клеточного строения В середине XIX столетия Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет основную единицу строения всех живых организмов, что клетки животных и растений сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Т. Шванн внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни. Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессы обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток еще раз подтвердили единство всего органического мира. Современная клеточная теория включает следующие положения:

клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;

размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

К продуктам клеточного строения, или волокнистым пищевым продуктам, относят пищевые продукты, содержащие волокнистые структуры, образующие нерегулярный каркас (сетку), определяющий в основном консистенцию продукта. Говоря о продуктах клеточного строения животного происхождения, подразумевается мышечные ткани животных. Структура продуктов растительного происхождения образована растительными волокнами. В большинстве случаев волокна, образующие структурный каркас продукта, имеют большую прочность сравнительно с другими его частями, что является определяющим фактором для его структурно-механических свойств. Структурно-волокнистая сетка имеет нерегулярный характер, её образование зависит от вида, возраста, созревания продукта, так что прочностные свойства и консистенция продукта одного вида, возраста могут варьировать в широких пределах. В процессе обработки, например, измельчении, клеточная структура продуктов разрушается, и их можно рассматривать как типичные дисперсные системы. 2.3.1. Растительные ткани Основу растительных тканей составляют клетки. Клетка - мельчайшая жизнеспособная единица живого организма, это элементарный организм, основная частица, которая сохраняет все возможности целого организма. Клетка может существовать как самостоятельный организм (одноклеточные водоросли) или же формировать многоклеточные организмы, в которых они выполняют различные функции. Клетка наделена всеми признаками жизни, среди которых важнейшими являются:

запасание и преобразование энергии. В хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света в энергию химических веществ, например, крахмала. В митохондриях энергия химических веществ превращается в энергию АТФ. Синтез молекул, необходимых для построения жизненно важных структур, например, синтез белков осуществляется с помощью рибосом;

с первыми признаками связано свойство живых организмов - энергозависимость. Живые организмы могут существовать только тогда, когда в них поступает энергия и питательные вещества извне;

размножение (деление), присущее как клетке в целом, так и отдельным ее органоидам: ядру, хлоропластам, митохондриям. В основе лежит процесс образования новых молекул и структур, который обусловлен информацией, заложенной в ДНК. Точнее это свойство живых организмов называется самовоспроизведением. Это свойство помогает сохранить жизнь во времени, т.к. продолжительность жизни организмов ограничена;

наследственность и изменчивость также отличают живое от неживого. Наследственность - способность организмов передавать признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки и свойства;

дифференциация, в результате которой клетка не только увеличивается в размерах, но и создает различные ткани. А из дифференцированных видов тканей строятся органы растений и, следовательно, разнообразные виды растений.

движение клеточного содержимого, которое является формой проявления раздражимости. Раздражимость - реакции живых организмов на внешнее воздействие;

приспособительные реакции, обеспечивающие сохранность клеточных структур, оптимальные условия их работы в меняющихся условиях среды и помогающие осуществлять клетке восстановительные процессы.

Растительная клетка достаточно сложно устроена. Клетка состоит из трех частей: клеточной стенки, протопласта и вакуоли. В протопласте выделяют цитоплазму и структурные компоненты - Клеточная стенка состоит из полисахарида целлюлозы. В состав могут входить вода, белки, минеральные соли, липиды, пигменты и особые вещества, придающие ей водонепроницаемость и прочность. Целлюлозные волокна расположены достаточно рыхло и свободно пропускают воду и небольшие молекулы. Между волокнами располагаются молекулы матрикса, это пектиновые вещества или пектины. В целлюлозной оболочке может находиться полимер лигнин, придающий жесткость и прочность, а также жироподобные вещества (воска, суберин), выполняющие защитную функцию, предотвращая потерю воды. В клеточной стенке имеются поры, через которые проходят тяжи цитоплазмы, окруженные мембраной, из клетки в клетку (они называются плазмодесмами). Целлюлозная оболочка выполняет защитную функцию, придает клетке форму, играет Протопласт живой клетки составляют ядро и цитоплазма. Цитоплазма - это внутренняя среда клетки. Жидкая фаза цитоплазмы может быть жидкой или желеобразной в зависимости от комплекса растворенных в воде органических и неорганических соединений. В цитоплазме имеются микроскопические белковые нити, составляющие цитоскелет, к которому прикреплены органоиды клетки. Цитоплазма обладает эластичностью и вязкостью, может активно двигаться. В ней протекают различные биохимические процессы, откладываются вещества в запас. Цитоплазматические тяжи - плазмодесмы - обеспечивают перенос нужных веществ из клетки в клетку. В цитоплазме расположены мембранные и немембранные органоиды, Мембраны окружают многие органоиды. Биологические мембраны называют элементарными, они имеют сходное строение.

Функции мембран чрезвычайно важные:

защитная (отграничивает содержимое клетки от наружной среды);

регуляторная (осуществляет обмен веществ, так как обладает полупроницаемостью);

транспортная (перенос веществ активным или пассивным транспортом в клетку);

рецепторная (на мембране имеются рецепторные молекулы);

энерготрансформирующая (преобразование электрической энергии в химическую);

мембраны обеспечивают взаимосвязь клеток через образование межклеточных контактов.

В растительной клетке обычно содержится одно ядро, в некоторых клетках встречается по 2-3 и даже 4-5 ядер. Ядро - важнейший и самый крупный органоид клетки. В отличие от клеток, не содержащих четко оформленного ядра (т.е. прокариотических), клетки с ядром называются эукариотическими. Ядро окружено двумя мембранами, образующими ядерную оболочку. Наружная мембрана покрыта рибосомами и переходит в эндоплазматический ретикулюм. Внутренняя мембрана - гладкая, часто выстлана изнутри волокнистым веществом. Между ними расположено пространство, заполненное ядерным соком. Ядерная оболочка пронизана сложноустроенными порами, размеры и количество которых связаны с функциональной активностью ядра. Внутреннее содержимое ядра заполнено ядерным соком (более жидким - кариолимфой или более густым - кариоплазмой) или нуклеоплазмой. В нем содержатся белки-ферменты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, фибриллярные белки, углеводы, минеральные соли. Основным структурным компонентом ядра является хроматин - дисперсное состояние хромосом (состав: гистоновые и негистоновые белки, ДНК). Деспирализованные хромосомы образуют эухроматин, а плотно упакованные - нерабочий гетерохроматин. Почти все растительные клетки содержат так называемый аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс), который состоит из системы диктиосом, пузырьков и вакуолей и участвует в синтезе, накоплении и выделении (секреции) полисахаридов, в том числе полисахаридов матрикса клеточной оболочки и слизей. В цитоплазме образуются полости - вакуоли, часто заполненные различными включениями и отграниченные от гиалоплазмы одинарной мембраной - тонопластом. В зрелых растительных клетках вакуоль часто имеет большие размеры и занимает основной объём клетки, а цитоплазма образует лишь очень узкий пристенный слой. В вакуолярном (клеточном) соке содержатся ферменты, углеводы и другие растворимые вещества, могут откладываться таннины, белки, комплексные липопротеидные соединения, кристаллы минеральных веществ. Клеточная стенка, или клеточная оболочка, наиболее мощно развитая у древесных растений, выполняет механическую (опорную) функцию, через неё происходит транспорт воды и других компонентов обмена веществ, в ней локализуются ферменты. По мере одревеснения клеточных стенок, повышения содержания в них лигнина растительная ткань приобретает все более устойчивую к воздействующим реагентам структуру. В строении и функциях каждой клетки обнаруживаются признаки как общие для всех клеток, так и частные особенности, что является результатом их специализации в процессе эволюции. Развитие волокнистой клеточной структуры начинается со сравнительно мелких, легко разделяемых клеток с тонкими стенками. Затем стенки клеток утолщаются, и прочно соединенные группы клеток образуют длинные, грубые, одревесневшие волокна. На образование и огрубление волокон оказывают влияние условия выращивания, особенно температура и осадки, а также и стадия зрелости. Комплексы однотипных растительных клеток, объединенные по анатомо-физиологическому принципу, образуют те или иные ткани плодов и овощей. Основными тканями плодов и овощей являются покровные, запасающие, механические, проводящие, меристематические. Покровные ткани. Эти ткани располагаются снаружи плодов и овощей и защищают внутренние ткани от неблагоприятных внешних воздействий и фитопатогенных микроорганизмов. К покровным тканям относятся эпидермис (вместе с кутикулой) и перидерма. Эпидермис обычно покрывает плоды и наземные овощи. Однако лук и чеснок, формирующиеся в земле, также покрыты эпидермисом. Эпидермис является первичной тканью и состоит обычно из одного слоя уплощенных клеток.

Кутикула у плодов образуется вначале в виде очень тонкого слоя. По мере роста плода образуются кутин и кутикулярные слои. Считается, что развитие кутикулы начинается с выделения так называемого прокутина (вещества, состоящего, вероятно, из ненасыщенных жирных кислот), который далее затвердевает и полимеризуется под действием кислорода воздуха. Кутикулы у разных плодов и овощей отличаются толщиной, структурой и составом. Во время хранения плодов нарастают новые слои кутикулы, которая может развиваться или сплошным слоем, или прерывистыми отдельными участками, в зависимости от вида и сорта плодов. Кутикула заметно предохраняет плоды и овощи от потери влаги и увядания, через нее диффундируют газообразные и летучие вещества (кислород, углекислый газ, этилен и др.), и поэтому она оказывает существенное влияние на их газообмен и сохраняемость. Перидерма образуется на клубнях, корнеплодах, поверхности некоторых плодов и овощей, а также в местах механических повреждений, защищая плоды и овощи от потери воды и поражения микроорганизмами. Это вторичная покровная ткань, начинающая формироваться на месте отмирающих клеток эпидермиса.

К специальным механическим тканям относятся колленхима и склеренхима. Колленхима служит опорой для молодого растущего организма. Она располагается по периферии органа непосредственно под эпидермисом. Число слоев клеток, составляющих колленхиму, может быть различным. Колленхимные клетки всегда живые, многоугольные по форме. Они имеют, как правило, одну большую и несколько мелких вакуолей. Цитоплазма их содержит много митохондрий и пластид. Склеренхима состоит из частично или полностью отмерших клеток, с сильно утолщенными одревесневшими стенками, основной функцией которых в теле растения является механическая. Наличие этих клеток дает возможность растению противостоять различным нагрузкам без повреждения мягких тонкостенных клеток. Клетки обычно удлиненной формы с заостренными концами группируются в волокна и склереиды. В плодах обычно склереидами являются каменистые клетки.

Запасающая (паренхимная) ткань занимает особое место в плодах и овощах. Она состоит из паренхимных клеток, в которых сосредоточены питательные вещества. В паренхимных клетках клубней, корнеплодов, корневищ, луковиц, листовых и плодовых овощей и сочных плодов накапливаются и хранятся различные углеводы, кислоты, белки, витамины, жиры, танины и другие вещества, которые в дальнейшем используются клеткой для дыхания и других обменных процессов. Паренхимные клетки довольно просты, они не имеют особой специализации. Оболочки таких клеток обычно тонкие, целлюлозные. Они имеют по всем направлениям приблизительно одинаковый диаметр.

Размер клеток у высших растений обычно колеблется от 10 до 100 мкм. Паренхимные клетки мякоти сочных плодов и картофеля, в которых содержатся запасы питательных веществ и воды, имеют более крупные размеры, а клетки мякоти арбуза, апельсина и лимона видны даже невооруженным глазом. Длина прозенхимных клеток во много раз больше, чем толщина; например, лубяные волокна крапивы достигают в длину до 80 мм, а в поперечнике - микроскопически малы.

2.3.2. Ткани животных и рыб

Основным структурным элементом мышечной ткани животных и человека является мышечное волокно (клетка). Мышечные волокна слагаются в первичные мышечные пучки. Первичные мышечные пучки объединяются в пучки вторичные и так далее. Пучки высшего порядка покрыты соединительной оболочкой – перемизием и в совокупности составляют мускул. Различают два основных типа мышц: поперечно-полосатые и гладкие. К поперечно-полосатым мышцам относится вся скелетная мускулатура позвоночных животных. К гладким мышцам относят большую часть мускулатуры беспозвоночных животных и мышечные слои внутренних органов и стенок кровеносных сосудов позвоночных животных.

Волокна поперечно-полосатых мышц представляют собой гигантские многоядерные клетки, диаметр которых варьируется от 10 до 100 мкм, а длина часто соответствует длине мышц, достигая длины 12 см.

Волокно покрыто эластичной оболочкой – сарколеммой. Внутри волокна расположены длинные нитевидные миофибриллы. Пространство между ними заполнено саркоплазмой, содержащей ядра по периферии волокна. Гладкие мышечные волокна представляют собой веретенообразные одноядерные клетки. Длина их обычно достигает 50-250 мкм, ширина 4-8 мкм. Миофиламенты в гладких мышечных волокнах обычно не объединены в обособленные миофибриллы, а расположены по длине волокна в виде множества одиночных актиновых нитей.

Содержание соединительной ткани неодинаково в различных частях туши. Структура и состояние соединительной ткани и составляющих её компонентов во многом определяют биологическую ценность, перевариваемость, усвояемость и вкусовые качества мяса.

Мясо рыбы состоит из мышечной, соединительной и жировой тканей. Мышечное волокно (клетка) – основной морфологический элемент мышцы. Поверхность клетки покрыта эластичной оболочкой (сарколеммой), внутри нее находится миофибриллы (тончайшие белковые образования) и саркоплазма – полужидкое белковое вещество, заключающее в себе клеточные ядра, различные органические и неорганические вещества. Мышечные волокна сращиваются своими концами с септами (тонкими соединительнотканными перегородками), а последние соединяются через мышечные перегородки и опорные связки со скелетом. Мышечные волокна соединены между собой прослойками рыхлой соединительной ткани (эндомизия), заполненной вязкой структурированной жидкостью.

Мышечное волокно рыбы, как и мяса, состоит из вязкого белкового раствора (саркоплазмы), гелеобразных волокнистых образований (миофибрилл) и оболочки (сарколеммы). ^ 2.3.3. Влияние клеточной структуры на свойства продукта

Качество грубоизмельченных плодов и овощей, мяса и мясных продуктов во многом определяется свойствами клеточной структуры.

Полагают, что консистенция этих продуктов зависит от следующих факторов:действия внутриклеточных сил, связующих клетки друг с другом;

механической прочности и жесткости клеточных стенок;

набухания клеток вследствие осмотического давления внутриклеточной жидкости.

Потребительские свойства продуктов во многом определяются состоянием клеточной структуры, которое заметно меняется во время хранения продуктов. Особенно сильно меняются потребительские свойства сельскохозяйственных животных. После убоя животных в мышечной ткани последовательно проходит три стадии: 1. Посмертное окоченение (3-6 часов после убоя) – мышечная ткань плохо удерживает воду, непосредственно определяется расположением толстых и тонких нитей в саркомере. Изменения их взаимного расположения объясняют расслаблением посмертного окоченения. 2. Разрешение посмертного окоченения (до 24 часов после убоя). 3. Созревание. Изменения структурно-механических свойств мышечной ткани во время созревания также объясняют изменением клеточной структуры и механическим повреждением миофибрилл. На свойства растительных продуктов заметное влияние оказывает изменение состава внутри клеточной жидкости. Клеточный сок обуславливает осмотические свойства и тургор клеток (напряженное состояние клеточной оболочки, зависящее от осмотического давления внешнего раствора и упругости клеточной оболочки), следовательно, упругость тканей и органов растений. Благодаря тургору ткани растений обладают упругостью и конструктивной прочностью. Все процессы автолиза, увядания и старения сопровождаются его падением. I. Действие межклеточных сил.

Содержащиеся в клеточной стенке растительных тканей пектиновые вещества являются связующим веществом между клетками. В животных тканях эту роль выполняют комплексы гиалуроновой кислоты и белка.

Размягчение плодов в результате ненормального содержания или порчи вызывается изменением свойств пектиновых веществ. Соседние молекулы пектиновой кислоты плотно связываются ионами кальция в результате их взаимодействия с карбоксильными группами соседних молекул. В целых плодах пектиновые вещества медленно изменяются под действием ферментов. Резкое изменение консистенции плодов после замораживания объясняют нарушением барьеров проницаемости клетки и активированием вследствие этого действия ферментов. II. Механические свойства клеточной стенки.

В состав клеточных стенок растительных тканей входят углеводы, белки, лигнин, жиры. В количественном отношении основным компонентом их являются полисахариды, которые оказывают наибольшее влияние на прочность клеточной стенки. Изменения консистенции во время созревания плодов происходят в результате видоизменений клеточных стенок. При созревании плодов наблюдается изменение содержания и свойств углеводов, целлюлозы, лигнина. Однако в наибольшей степени изменения клеточной стенки влияют на механические свойства плодов и овощей во время роста растения. Накопления лигнина приводит к одревеснению клеточных стенок и резкому увеличению прочности растения. Заметное влияние на механические свойства животных тканей оказывает состояние сарколеммы, которая является клеточной оболочкой волокна. И в этом случае возраст животного оказывает существенное влияние на прочность сарколеммы. Коллаген сарколеммы более старых животных имеет более прочную структуру. Из-за образования дополнительных связей повышается его устойчивость к внешним воздействиям, увеличивается температура сваривания. III. Набухание клеток.

Форма и консистенция продуктов зависят от качества сильно разведенных растворов внутри клетки, окруженной мембраной с селективной проницаемостью. Под действием нагревания и других причин селективная проницаемость мембран может сильно измениться, в результате чего вода диффундирует через мембраны, что вызывает изменение структуры продукта. Потеря воды может также происходить через полупроницаемые мембраны в результате испарения, что также отражается на структуре продукта. Многочисленными исследованиями установлено, что при упаковке продуктов в паронепроницаемую упаковку продолжительность их хранения без изменения структуры заметно увеличивается. ^ 2.3.4. Жидкие пищевые продукты

К жидким продуктам относятся продукты, которые легко растекаются при комнатной температуре. Типичными жидкими продуктами являются молоко, соки, различные напитки, а также сиропы, некоторые соусы. Также к ним относятся продукты с заметными включениями твердых частиц: соки с фруктовой мякотью, пюре и т.д. Наиболее характерным фактором, определяющим свойства жидких пищевых продуктов, является вязкость. Рассмотрим свойства вязкости на примере молока. Гомогенное цельное молоко ведет себя в основном как ньютоновская жидкость (вязкая жидкость, подчиняющаяся при своем течении закону вязкого трения Ньютона), несмотря на присутствие в нем двух фаз. Вязкость молока возрастает с повышением процентного содержания жира и содержания белковых веществ при постоянном содержании жира. Из всех типов белковых веществ, присутствующих в молоке, наибольшее влияние на его вязкость оказывает казеин.

Значительное повышение вязкости вызывает гомогенизация, а при пастеризации происходит незначительное её снижение.

Сиропы и мед ведут себя как простые ньютоновские жидкости. Их вязкость в большей степени зависит от концентрации сахаров.

Большинство соков, получаемых из фруктов и овощей, являются ньютоновскими жидкостями. Полагают, что соки с более высокой вязкостью имеют более высокое качество, чем с низкой. Однако для неосветленных соков вязкость является малопригодным показателем для определения их качества, так как она зависит от характера, размера и количественного содержания взвешенных частиц.

Гомогенизация повышает вязкость соков вследствие увеличения общей поверхности частиц. Вязкость фруктовых соков зависит от содержания пектиновых веществ. Ферменты, содержащиеся в плодах и образующиеся в результате микробиологических процессов, могут заметно изменить вязкость соков, что связывают с превращениями пектиновых веществ. Такие напитки, как водка, вино, пиво и безалкогольные напитки – ведут себя в основном как ньютоновские жидкости. Этиловый спирт повышает вязкость водных растворов. Полисахариды из солода и зерновых повышают вязкость пива.