Введение

Многие органические вещества, относящиеся к белкам, жирам и углеводам, составляют основу многих пищевых продуктов. В современных пищевых биотехнологиях, т.е. при получении и кулинарной обработке продуктов, они претерпевают определенные, порой существенные, изменения. Кроме того, при изготовлении пищевых продуктов используется целый ряд соединений органического происхождения - это вещества, способствующие сохранению исходного внешнего вида и качества продуктов (консерванты), вещества, улучшающие внешний вид продуктов (пищевые красители), вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов (загустители, желе- и студнеобразователи, поверхностно-активные вещества и т.д.) и многие другие.

Правильная организация пищевых биотехнологий требует знания, хотя бы в самом общем виде, химического состава пищевого сырья и химических превращений, которые происходят с органическими компонентами пищи при производстве и кулинарной обработке продуктов питания.

Цель настоящего учебно-практического пособия - предоставить студентам-технологам сведения о строении и свойствах основных компонентах пищи - белках, жирах и углеводах, а также об изменениях, происходящих с ними в пищевых биотехнологиях. Помимо этого рассмотрены строения и свойства пищевых добавок органического происхождения: красителей, подслащивающих веществ, консервантов, пищевых антиокислителей, ароматизаторов, эмульгаторов, загустителей, желе- и студнеобразователей. Отдельным разделом рассмотрены органические загрязнители пищи.

1. Углеводы

Углеводы большая группа природных веществ, широко распространенных в растительном (около 80%) и животном (около 20%) мире, где они выполняют жизненно важные функции. Название “углеводы” предложил К.Шмидт ( русский химик ) в 1884 году, исходя из того, что эти вещества по составу формально отвечают соединению углевода с водой, общей формулы C_n(H₂O)_n. Например, если n=6, то мы получаем формулу глюкозы C₆(H₂O)₆=C₆H₁₂O₆. В дальнейшем стало известно много углеводов не отвечающих этому условию, то есть углеводы не являются гидратами углерода C_n(H₂O)_m. Однако название “углеводы” прочно укрепилось в химии, биологии, медицине и др.

Значение углеводов очень велико. Углеводы являются одним из важнейших продуктов питания человека, животных и многих других организмов. Углеводы позволяют всем компонентам живого организма - нуклеиновым кислотам, белкам, липидам - нормально функционировать. Углеводы нас защищают, согревают, помогают двигаться и выполнять множество важных функций. Углеводам, по-видимому, принадлежит будущее. Возможно, в перспективе они заменят исчезающие нефть, каменный уголь, сланцы, природный газ. Природа постоянно создает углеводы. В ходе сложнейших биохимических реакций в процессе фотосинтеза под влиянием солнечной энергии (=380-700нм) хлорофилла зеленой части растений и каталитического действия эфиров фосфорной кислоты из оксида углерода (IV) и воды синтезируются многочисленные разнообразной сложности углеводы. Процесс фотосинтеза сопровождается поглощением тепловой энергии. Суммарный процесс фотосинтеза, как ассимиляция углекислого газа, можно изобразить реакцией:

nCO₂ + nH₂O¹⁸ ------ C_nH_2nO_n + nO₂ ¹⁸ — 2830 кДж (574 ккал)

Методом меченых атомов показано, что в процессе фотосинтеза кислород воды выделяется в атмосферу. В процессе ассимиляции углекислого газа растения ежегодно синтезируют до 100 млрд.тонн биомассы, связывая до 150 млрд. тонн углерода, 25 млрд тонн воды. При этом в атмосферу земли поступает до 400 млрд. тонн кислорода.

Классификация углеводов

Углеводы разделяют на два больших класса: углеводы простые и сложные.

Простые углеводы - моносахариды или монозы (в химических названиях углеводов характерно окончание - “оза”). Химический состав моносахаридов выражается общей формулой С_n(H₂O)_n, где n=3,4,5,6 и т.д. В соответствии с числом углеродных атомов в молекуле моносахарида монозы разделяют на триозы C₃H₆O₃, тетрозы C₄H₈O₄, пентозы C₅H₁₀O₅, гексозы C₇H₁₄O₇ и т.д. Моносахариды не могут гидролизоваться и превращаться в более простые углеводы.

Сложные углеводы - полисахариды или полиозы. Сложные углеводы при гидролизе способны превращаться в моносахариды. В свою очередь полисахариды делят на две группы:

а) сахароподобные углеводы или олигосахариды (греческое “олигос” - немногий), образованные из двух или нескольких моносахаридов (обычно от 2 до 8-10), которые при гидролизе дают соответствующее число тех же моносахаридов. К этой группе относятся такие дисахариды как сахароза, лактоза, целлобиоза и др.

б) несахароподобные или высшие полисахариды, образующиеся поликонденсацией моносахаридов. При полном гидролизе они могут быть превращены в моносахариды. К высшим полисахаридам относятся прежде всего крахмал, гликоген, клетчатка.