Сегодня мы рассмотрим следующие вопросы: что такое органические питательные вещества, какими свойствами и почему они обладают; как и для чего следует контролировать их содержание в пищевом сырье и в готовой продукции.
Цель нашей лекции: сформировать у Вас четкое понимание того, какие параметры готовой продукции в обязательном порядке нормируются и контролируются, откуда берутся те или иные органические питательные вещества и что с ними может произойти в ходе технологического процесса. Полученные знания помогут вам быстро и качественно делать свою работу.
Первым делом мы обсудим основные положения органической химии, классификацию органических соединений; вспомним, какие бывают белки, жиры и углеводы.
Во вторых, мы поговорим о том, какие существуют требования и ограничения по содержанию органических питательных веществ в сырье и готовой продукции, применительно к нашему производству.
И наконец, в третьем, мы познакомимся с теми методами, которые позволяют установить и контролировать содержание органических питательных веществ в продукции вообще, и в нашей продукции в частности.
Поняв и усвоив эти знания, вы получите ряд личных преимуществ:
· получите возможность оценивать свойства и поведение тех или иных компонентов в технологических процессах и производить расчет пищевой и энергетической ценности готовой продукции;
· сформируете у себя целостное восприятие сложности и связанности химических и биологических процессов;
· расширите свое представление о возможностях контроля использования сырья;
· станете авторитетным и компетентным специалистом в данной области в глазах руководителей и коллег.
Последний пункт повышает Вашу ценность как специалиста для руководства производства. Ведь понимание того, что Вы делаете, делает актуальными такие моменты, как:
· повышается Ваша ответственность и понимание необходимости сохранения органических питательных веществ (белков, жиров, углеводов) в технологической цепочке получения готовой продукции;
· Вы получаете возможность обоснованно аргументировать необходимость соблюдения технологии, рецептурной дисциплины в производстве качественной продукции, с требуемыми характеристиками пищевой и энергетической ценности;
· уменьшаются риски принятия неверных технологических решений, могущих привести к отклонениям по пищевой и энергетической ценности продукции;
· Вы получаете удовлетворение от проделанной работы.
Полученные знания несут ряд преимуществ и для Компании в целом, такие как:
· снижение (или полное исключение) выпуска некачественной (несоответствующей техническим регламентам) продукции;
· снижение текучести кадров.
В целом лекция станет тем необходимым кирпичиком в той башне знаний, который позволят Вам досконально знать и любить свою работу.
1. Вопрос. Органические питательные вещества
Неотъемлемой частью нашего здоровья является, конечно же, питание. Всё ли мы знаем о продуктах питания, их содержании, о пользе и вреде?
«Действительно ли пальмовое масло вреднее молочного жира?»
«Правда ли, что соевый белок вызывает мутации организма?»
«Крахмал в твороге на самом деле является белой сыпучей смертью?»
Действия преподавателя: Раздает напечатанные «Риторические вопросы» всем присутствующим на занятии.
Для ответа на эти и многие другие вопросы мы постараемся в течение настоящей лекции рассмотреть следующие моменты: какие химические вещества составляют основу пищевой продукции; что они из себя представляют; какими свойствами обладают; какие функции выполняют в организме человека; как попадают в нашу продукцию; какие требования по их содержанию в продуктах имеются; и как это содержание можно установить.
1.1. Органические вещества. Классификация органических веществ
Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во время господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. В 1807 году шведский химик Якоб Берцелиус предложил назвать вещества, получаемые из организмов, органическими, а науку, изучающую их, — органической химией. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» (лат. vis vitalis), присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Хотя было доказано, что никакой такой «жизненной силы» нет, однако, деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии и по сей день.
Количество известных органических соединений составляет почти 27 млн.
Какой главный признак органического вещества? (вопрос в аудиторию).
Органические соединения, органические вещества — класс химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением оксидов углерода, карбидов, угольной кислоты, карбонатов и цианидов).
Многообразие органических соединений связано с уникальным свойством углерода образовывать цепочки из атомов, что в свою очередь обусловлено высокой стабильностью (то есть энергией) углерод-углеродной связи.
Способность углерода образовывать четыре связи, а также его возможность образовывать кратные связи, позволяет создавать структуры различной размерности (линейные, плоские, объёмные).
Классификация органических соединений построена на важном принципе, согласно которому физические и химические свойства органического соединения определяются двумя основными критериями — строением углеродного скелета соединения и его функциональными группами.
Функциональная группа — структурный фрагмент органической молекулы (некоторая группа атомов), определяющий её химические свойства.
Старшая функциональная группа соединения является критерием его отнесения к тому или иному классу органических соединений.
Действия преподавателя: Раздает напечатанную «Таблицу 1» всем присутствующим на занятии.
Функциональные группы, входящие в состав различных молекул, обычно ведут себя одинаково в одной и той же химической реакции, хотя их химическая активность может быть различной.
Действия преподавателя: Выводятся структурные формулы ряда органических соединений (примеры, обязательно привести аминокислоту). Вопрос к аудитории: «К какому классу органических соединений их можно отнести?».
1.2. Пищевая, биологическая и энергетическая ценность пищи
Продукты питания оцениваются по пищевой, биологической и энергетической ценности.
Под пищевой ценностью продукта подразумевают содержание в нем пищевых веществ и степень их усвоения организмом, а также вкусовые достоинства.
Биологическая ценность отражает качество белков продукта, их аминокислотный состав и перевариваемость. В более широком смысле в это понятие включается также содержание в пищевом продукте таких жизненно важных биологически активных веществ, как витамины, незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты, липоиды, микроэлементы и др.
Сведения о пищевой ценности (по данным химического состава) приводятся из расчета на 100 г съедобной части продукта (белки, жиры, углеводы – в г; витамины и минеральные вещества – в мг, энергетическая ценность указывается в кДж и ккал).
Пищевая ценность продукта питания дает наиболее полное представление о всех его полезных свойствах, включая энергетическую и биологическую ценность. Мерой пищевой ценности продукта служит интегральный скор, который представляет собой ряд выраженных в процентах расчетных величин, характеризующих степень соответствия оцениваемого продукта оптимально сбалансированному суточному рациону с учетом энергосодержания и наиболее важных качественных показателей.
Интегральный скор определяют обычно в расчете на такую массу продукта, которая обеспечивает 10 % энергии суточного рациона (например, 300 ккал, или 1,26 МДж, при суточном рационе в 3000 ккал, или 12,6 МДж). Содержание важнейших питательных веществ представляют в виде процента от общего количества соответствующего вещества, содержащегося в оптимально сбалансированном суточном рационе. Основные продукты животного происхождения далеко не равнозначны по своей пищевой ценности даже в отношении белкового компонента, а сахар можно считать в значительной мере носителем «пустых» калорий.
Энергетическая ценность (калорийность) определяется количеством энергии, которая высвобождается из пищевых веществ продукта в процессе биологического окисления и используется для обеспечения физиологических функций организма. При окислении 1 г белков образуется 4 ккал (16,7 кДж) энергии, 1 г углеводов – 3,75 ккал (15,7кДж), 1 г жира – 9 ккал (37,7 кДж). Таким образом, энергетическая ценность пищевого продукта зависит, прежде всего, от его химического состава. Данные об энергетической ценности в обязательном порядке указываются на упаковке пищевых продуктов.
Норма энергетической ценности суточного рациона для взрослого человека составляет 2800 ккал, однако она может варьировать в зависимости от возраста, пола, характера работы, климата и других факторов.
Под биологической ценностью продукта понимают сбалансированность содержания в его составе биологически активных веществ: незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов и минеральных веществ. Фактору биологической ценности уделяется повышенное внимание при разработке новых продуктов питания, продуктов для детского и диетического питания, продуктов специального назначения (для спортсменов, космонавтов и др.)
Физиологическая ценность продукта обусловлена содержанием веществ, оказывающих активное влияние на физиологические системы организма: нервную, сердечно – сосудистую, пищеварительную, иммунную. Так, например, алкалоиды чая и кофе (кофеин, теобромин, теофиллин) оказывают возбуждающее действие на нервную и сердечно – сосудистую системы, балластные вещества (пектин, клетчатка, гемицеллюлозы) вызывают перистальтику кишечника и благоприятно воздействуют на пищеварительную систему, многие витамины активно влияют на иммунную систему организма.
Усвояемость – это степень использования составных компонентов пищи организмом человека. Усвояемость зависит от химической природы и физиологического состояния веществ, входящих в состав пищевого продукта (температуры плавления жиров, степени дисперсности коллоидов и других факторов), а так же от сочетаемости веществ между собой. При смешанном питании средняя усвояемость белков составляет 84,5%, жиров – 94, углеводов – 95,6%.
1.3. Основные пищевые вещества и их значение для организма
1.3.1. Углеводы
Углево́ды — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды. Их состав, в большинстве случаев, можно выразить общей формулой (CH2O)n, где n>3.
Сахара́ — другое название низкомолекулярных углеводов.
Действия преподавателя: Обратить внимание на число атомов углерода в углеродной цепи. Обратить внимание на функциональные группы: гидрокисльные, которые могут быть направлены в разные стороны, карбонильные: альдегидные и кетонные.
Действия преподавателя: Задать вопрос о том, как назвать эти углеводы. По числу атомов углерода – октозы.
Углеводы играют важнейшую роль в обмене веществ и энергии в организме человека. Углеводы служат основным источником энергии и являются выгодным энергетическим материалом: для их окисления требуется меньше кислорода, т.к. в углеводных молекулах содержание в большем количестве, чем в молекулах других питательных веществ. Они входят в состав клеточных стенок, основного вещества соединительной ткани. Кроме того, в составе сложных биополимеров углеводы могут являться носителями биологической информации: принадлежность крови человека к той или иной группе, например, диктуется исключительно структурой и последовательностью углеводов.
Все углеводы состоят из отдельных «единиц», которыми являются сахариды. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные. Углеводы, содержащие одну единицу, называются моносахариды, две единицы – дисахариды, от двух до десяти единиц — олигосахариды, а более десяти — полисахариды.
Моносахариды быстро повышают содержание сахара в крови, и обладают высоким гликемическим индексом, поэтому их ещё называют быстрыми углеводами. Они легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях. Углеводы, состоящие из 3 или более единиц, называются сложными. Продукты, богатые сложными углеводами, постепенно повышают содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, поэтому их ещё называют медленными углеводами. Сложные углеводы, в отличие от простых, в процессе гидролитического расщепления способны распадаться на простые углеводы с образованием сотен и тысяч молекул моносахаридов.
Моносахариды имеют формулу С6Н12O6. По внешнему виду моносахариды — белые кристаллические вещества, сладкие на вкус, легко усваиваются организмом. К ним относят глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, пентозу и др. В настоящее время известно около 70 моносахаридов, из них 20 найдены в природе, остальные искусственно синтезированы. В природе моносахариды существуют в цикличной форме, замыкаясь сами на себя.
Несколько известных моносахаридов.
Действия преподавателя: Раздает раздаточный материал по описанию ряда моносахаридов всем присутствующим на занятии.
Дисахариды имеют общую формулу C12H22O11. Это белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Однако, сладость различных сахаров неодинакова. К ним относят сахарозу, мальтозу, лактозу и трегалозу.
Несколько известных дисахаридов.
Действия преподавателя: Раздает раздаточный материал по описанию ряда дисахаридов всем присутствующим на занятии. Задает вопрос: «Как усваиваются дисахариды в организме человека?». Правильный ответ – после гидролиза их на моносахариды.
Полисахари́ды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов. С точки зрения общих принципов строения в группе полисахаридов возможно различить полисахариды, которые состоят из одинаковых моносахаридов, и те, которые состоят из двух или нескольких типов моносахаридов. Полисахариды имеют общую формулу (С6Н10О5)n. К ним относят крахмал, гликоген, инулин, клетчатку.
Крахма́л — смесь двух полисахаридов: линейного — амилозы и разветвлённого — амилопектина, мономером которых является глюкоза. Белое аморфное вещество, не растворимое в холодной воде, способное к набуханию и частично растворимое в горячей воде. Крахмал, синтезируемый разными растениями, под действием света при фотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам. Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10—30 %, амилопектина — 70—90 %. Молекула амилозы содержит в среднем около 1000 остатков глюкозы, связанных между собой специальными (альфа-1,4)-связями. Отдельные линейные участки молекулы амилопектина состоят из 20—30 таких единиц, а в точках ветвления амилопектина остатки глюкозы связаны межцепочечными (альфа-1,6)-связями. При частичном кислотном гидролизе крахмала образуются полисахариды меньшей степени полимеризации — декстрины (C6H10O5)p, а при полном гидролизе — глюкоза
При потреблении крахмалистых продуктов крахмал под действием осахаривающих ферментов слюны и пищеварительных соков осахаривается и хорошо усваивается.
Усвоение крахмала происходит постепенно, по мере его расщепления.
Характерной реакцией для определения крахмала в пищевых продуктах является действие йода, который окрашивает крахмал в синий цвет.
Гликоген (животный крахмал) - важный резервный полисахарид животных и человека, откладывается в печени (до 20 %) и мышцах (до 4%). Растворим в воде, конечным продуктом гидролиза является глюкоза.
Инулин содержится в земляной груше, цикории. Хорошо растворим в горячей воде, конечным продуктом гидролиза является фруктоза.
Клетчатка (целлюлоза) — главный компонент клеточных стенок растений. Состоит только из остатков глюкозы, соединенных друг с другом в длинные прямые цепи. Не одревесневавшая клетчатка, содержащаяся в листьях капусты и некоторых овощей, растворяется пищеварительными соками. Одревесневавшая, содержащаяся, например, в оболочках зерна, кожуре картофеля, организмом не усваивается. Плохо перевариваясь, клетчатка положительно действует на процесс пищеварения, усиливая перистальтику кишечника. Человеку требуется около 25 г клетчатки в сутки.
При нагревании кристаллов сахара до температуры 160 — 190 ºС происходит карамелизация с образованием темноокрашенного вещества — карамелена, хорошо растворимого в воде. На этом явлении основано использование в кулинарии «жженки» для подкрашивания соусов и желе.
При кипячении молока, выпечке хлеба происходит взаимодействие сахаров с аминокислотами белков. В результате этой реакции образуются меланоидины, придающие кремовый цвет топленому молоку и коричневый — корочке выпеченного хлеба.
Являясь основным компонентом пищи человека, углеводы поставляют большую часть энергии, необходимой для жизнедеятельности организма. В организме человека более половины энергии образуется за счет углеводов.
Энергетическая ценность усвояемых углеводов равна 15,7 кДж, или 3,75 ккал тепла (при окислении 1 г.) Человеку в сутки необходимо 400 — 500 г углеводов, из них 50 — 100 г. моно— и дисахаридов. Из-за ограниченной способности накапливаться в организме под влиянием инсулина избыток углеводов превращается в жир и накапливается в жировом депо. Избыток углеводов в питании приводит к появлению лишнего веса и тучности. При физической работе роль углеводов в энергообеспечении организма повышается. Они расщепляются первыми, когда возникает необходимость в срочном образовании энергии. Например, при максимальной и субмаксимальной мощности около 70 – 90% всей расходуемой энергии обеспечивается за счет гликолиза, т.е. путем расщепления глюкозы.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ