Материал: А26875 Колодязная В. С., Пищевая химия

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургская государственная академия холода и пищевых технологий

В. С. Колодязная

Пищевая химия

Учебное пособие

Санкт-Петербург 1999

ББК 51.230

В 61

УДК 664.014 (031)

В 19

Колодязная В. С.

Пищевая химия: Учеб. пособие.  СПб.: СПбГАХПТ, 1999.  140 с.

ISBN 5-86981-050-7

В учебном пособии рассмотрены пищевая ценность и качество продуктов; основы питания и биохимия пищеварения; физико-химические и биохимические изменения основных пищевых веществ (нутриентов) при различных видах переработки и хранения пищевого сырья и продуктов питания; пищевые добавки и их значение при производстве продуктов питания целевого назначения, а также природные токсиканты и загрязнители пищевого сырья и продуктов.

Учебное пособие предназначено для студентов вузов пищевого профиля.

.

Рецензенты

Кафедра товароведения и экспертизы товаров (зав. кафедрой доктор техн. наук, проф. В. В. Шевченко)

Канд. с.-х. наук, проф. Н. П. Калиненок (Санкт-Петербургский ордена трудового Красного Знамени государственный аграрный университет)

Одобрено к изданию советом технологического факультета СПбГАХПТ

ISBN 5-86981-050-7  Санкт-Петербургская государственная

академия холода и пищевых технологий,

1999

70-летию Санкт-Петербургской

государственной академии холода и

пищевых технологий посвящается

Предисловие

Учебное пособие “Пищевая химия” предназначено для студентов-технологов, обучающихся по специальности "Технология консервов и пищеконцентратов".

Пищевая химия  это наука о химическом составе пищевых систем (продовольственного сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов питания); о физико-химических и биохимических его изменениях в организме человека и в технологических процессах подготовки, переработки, консервирования и хранения под воздействием различных факторов; об общих закономерностях этих превращений и о влиянии последних на структуру, свойства, качество и пищевую ценность продуктов питания; о методах выделения, фракционирования, очистки и каталитической модификации пищевых веществ, методах анализа сырья и продуктов питания; о пищевых добавках; природных токсикантах и загрязнителях.

Пищевая химия основывается на теоретических положениях фундаментальных дисциплин и прежде всего химии и физики, а также биохимии, биофизики, биотехнологии, физиологии и гигиены питания.

В учебном пособии дана характеристика пищевой ценности и качества продуктов питания, кратко изложены основы теории адекватного и рационального питания, основы биохимии пищеварения. Показана роль макро-и микронутриентов  белков, липидов, углеводов, витаминов и минеральных элементов  в питании человека.

Подробная характеристика, структура и свойства белков, углеводов, жиров и других компонентов пищи не приводятся, так как этот материал изложен во многих учебниках и учебных пособиях и изучается в курсе “Биохимия”, “Физиология питания” и др. Более подробно описаны биохимические и физико-химические изменения макро- и микронутриентов в технологических процессах, широко применяемых в пищевой промышленности, и их влияние на качество и пищевую ценность продуктов питания. Рассмотрены также пищевые добавки, эффективно используемые в последнее время в промышленности для улучшения органолептических свойств, изменения консистенции, повышения пищевой ценности, получения новых продуктов специального назначения, ускорения технологических процессов, увеличения продолжительности хранения, замедления микробиологических и биохимических процессов, протекающих в пищевом сырье и продуктах питания при производстве и хранении. Особое внимание в пособии уделено природным токсикантам и загрязнителям, источникам их попадания в пищевые цепи; способам защиты пищи от чужеродных веществ (ксенобиотиков), вредных для здоровья человека, а также медико-биологическим требованиям, предъявляемым к продуктам питания.

По мере изложения материала курса “Пищевая химия” приводятся ссылки на литературу, в которой более подробно описаны соответствующие разделы.

Основной задачей издания является оказание помощи студентам-технологам в формировании научного подхода к сложным процессам взаимосвязи химического состава пищевых систем, качества и пищевой ценности продуктов питания с технологическими режимами производства, переработки и хранения продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Методологический подход и содержание учебного пособия "Пищевая химия" позволяют использовать его при подготовке инженеров-технологов в вузах по другим специальностям пищевого профиля "Технология мяса и мясопродуктов", "Технология рыбы и рыбных продуктов", "Технология молока и молочных продуктов".

Введение

Обеспеченность населения здоровым питанием, решение продовольственной проблемы в любом государстве характеризует жизненный уровень народа. Проблема питания была и остается одной из самых важных как в социально-экономическом, так и в медицинском аспектах.

Питание людей в разных странах отличается по своему характеру и направленности, зависит от уровня и конкретных условий проживания, национальных традиций и привычек. Вместе с тем, имеются общие тенденции, которые являются неизбежным результатом цивилизации: увеличение доли рафинированных, подвергнутых кулинарной обработке и подлежащих хранению пищевых продуктов; расширение области применения пищевых добавок; производство комбинированных продуктов питания; использование нетрадиционного пищевого сырья. Наряду с этим, происходит загрязнение продуктов питания потенциально опасными контаминантами химического и биологического происхождения.

Человечество вступает в ХХ1 век, который несомненно внесет коррективы в теоретические и практические аспекты питания с учетом демографических изменений в обществе, наличия продовольственных ресурсов, особенностей трудовой деятельности, резкого ухудшения экологической ситуации, новой информации о значении различных компонентов пищи в питании человека.

В настоящее время в результате фундаментальных и прикладных исследований, проведенных учеными России и многих стран мира, накоплена информация о химическом составе пищевых продуктов, о наличии полезных и вредных веществ, об изменении свойств продуктов под воздействием внешних факторов при переработке, консервировании и хранении. Научные знания, современные технологии, технические решения и практический опыт позволяют создавать новые поколения экологически безопасных продуктов питания целевого назначения, которые смогут отвечать медико-биологическим требованиям, предъявляемым к пище ХХ1 века.

Важное значение в решении поставленных задач имеет пищевая химия  новая научная дисциплина, которая в настоящее время находится в стадии становления, развития и совершенствования.

Основными направлениями пищевой химии являются:

1. Химический состав продовольственного сырья, полуфабрикатов, готовых продуктов питания, пищевая ценность и экологическая безопасность.

2. Биохимические и физико-химические основы превращения мак-ро- и микронутриентов в технологических процессах переработки, консервирования и хранения продовольственного сырья и продуктов питания.

3. Научные основы питания и биохимия пищеварения.

4. Научные основы технологий производства и применения пищевых добавок.

5. Научные основы создания экологически безопасных продуктов питания, сбалансированных по макро- и микронутриентам для различных групп населения.

6. Теоретические основы выделения, фракционирования компонентов продовольственного сырья, их модификация.

7. Методы анализа и исследования пищевых систем, их компонентов и добавок.

В первом направлении изучается химический состав продовольственного сырья, полуфабрикатов, готовых продуктов питания, их пищевая ценность и экологическая безопасность. Важное внимание уделяется пищевым (макронутриентам) и биологически активным (микронутриентам) веществам, в том числе эссенциальным (незаменимым) факторам питания  незаменимым аминокислотам, витаминам, полиненасыщенным жирным кислотам, а также содержанию, составу и структуре пищевых волокон. Изучаются также ксенобиотики  вредные вещества, попадающие в продукты питания на различных этапах пищевой цепи "производство  переработка  консервирование  хранение  потребление". Проблеме загрязнения окружающей среды и продуктов питания  основных источников поступления вредных веществ (пестицидов, солей тяжелых металлов, микотоксинов, радионуклидов) в организм человека  в последние годы уделяется особое внимание.

Второе направление пищевой химии посвящено биохимическим и физико-химическим изменениям белков, углеводов, липидов, витаминов, минеральных веществ, фенольных и других соединений в технологических процессах переработки, консервирования и хранения продовольственного сырья и продуктов питания. При этом рассматриваются взаимодействие между собой отдельных компонентов пищевой системы, характер возникающих связей, структура и строение образующихся комплексов и ассоциатов, их влияние на состав и свойства получаемых продуктов (пищевая, в том числе биологическая и энергетическая ценность, потребительские свойства и т. д.), а также соответствие ферментных систем организма химическим структурам пищи.

В пищевой химии важное значение придается разработке общей концепции превращений пищевых веществ в различных технологических процессах. Она основывается на знании состава, структуры химических компонентов пищевых систем и теории множественности и неоднозначности химических превращений, протекающих в продуктах под воздействием различных физико-химических, биохимических, микробиологических и других факторов.

Большое внимание уделяется изучению механизма образования устойчивых комплексов и соединений, формированию органолептических показателей качества (вкус, аромат, консистенция), а также доброкачественности продуктов питания.

В третьем направлении изучаются основы адекватного и рационального питания человека, биохимии пищеварения.

За последние годы наука о питании пополнилась и обогатилась знаниями о новых закономерностях в формировании потребности в пищевых, балластных и биологически активных веществах; о количественной потребности в отдельных витаминах, микро- и макроэлементах; о потребительских свойствах пищевого сырья, возможности максимального сохранения полезных нутриентов в процессе переработки и хранения пищевого сырья и продуктов питания; об изменении теоретических основ питания  от теории "сбалансированного питания" к теории "адекватного питания".

В четвертом направлении изучаются природные и синтетические пищевые добавки, используемые с целью получения специальных пищевых продуктов, совершенствования технологии производства продуктов питания или придания им определенных свойств, сохранения нативных характеристик качества, улучшения органолептических показателей, увеличения продолжительности хранения.

Важное место в пищевой химии отводится изучению научных основ создания комбинированных, экологически безопасных продуктов питания, сбалансированных по макро- и микронутриентному составу для различных групп населения, что составляет пятое направление курса.

В шестом и седьмом направлениях изучаются теоретические основы выделения, фракционирования и модификации продовольственного сырья, получения композитов, а также методы анализа и исследования пищевых систем, макро- и микронутриентов, пищевых добавок.

В учебном пособии "Пищевая химия" изложены некоторые из направлений данной дисциплины.

1. Пищевая ценность и качество пищевых продуктов

Пищевые продукты  это объекты животного или растительного происхождения, используемые в пищу в натуральном или переработанном виде в качестве источника энергии, пищевых и вкусоароматических веществ [1, 2].

Для производства пищевых продуктов используется продовольственное сырье, представляющее собой объекты растительного, животного, микробиологического, а также минерального происхождения, и вода.

Пищевые продукты подразделяются на следующие группы [2]:

1. Продукты массового потребления, выработанные по традиционной технологии и предназначенные для питания основных групп населения.

2. Лечебные (диетические) и лечебно-профилактические продукты  специально созданные для профилактического и лечебного питания. Характеризуются измененным химическим составом и физическими свойствами. В эту группу входят продукты: витаминизированные, с низким содержанием жира (снижение жира на 33%), низкокалорийные (менее 168 кДж/100 г), с повышенным содержанием пищевых волокон, с пониженным количеством сахара, холестерина, хлористого натрия и других веществ.

3. Продукты детского питания  специально созданные для питания здоровых и больных детей до трехлетнего возраста. К продуктам детского питания предъявляются особые требования по пищевой ценности и безопасности. Для их изготовления используется высококачественное сырье, разрабатываются специальные рецептуры и технологии. Выпускаются специализированные продукты детского питания на молочной, зерновой, мясной основе, а также продукты из рыбы, плодов, ягод и овощей.

1.1. Пищевая ценность

Пищевая ценность  понятие, отражающее всю полноту полезных свойств пищевого продукта, включая степень обеспечения физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах, энергию и органолептические свойства. Характеризуется химическим составом пищевого продукта с учетом его потребления в общепринятом количестве.

Все вещества, входящие в состав пищевых продуктов и пищи, подразделяются на две группы: органические (белки, углеводы, жиры, пищевые кислоты, витамины, ферменты) и минеральные (вода, макро- и микроэлементы). Среди них имеются вещества, определяющие пищевую, в том числе энергетическую и биологическую, ценность, участвующие в формировании структуры, вкуса, аромата и цвета пищевых продуктов [3].

Пищевая ценность определяется не только содержанием биологически активных пищевых веществ (нутриентов), но и их соотношением, усвояемостью и доброкачественностью.

Термины "энергетическая" и "биологическая" ценность являются более узким понятием пищевой ценности.

Энергетическая ценность характеризует ту долю энергии, которая может высвободиться из пищевых продуктов в процессе биологического окисления и использоваться для обеспечения физиологических функций организма. Пища является единственным источником энергии для человека.

Количество энергии, выделяемой при усвоении организмом пищевых продуктов, называется калорийностью. При окислении одного грамма жира организм получает 9 ккал (37,7 кДж); одного грамма белка  4 ккал (16,7 кДж); одного грамма углеводов  3,75 ккал (15,7 кДж). Это калорийность брутто, т.е. та, которая содержится в продукте и выделяется при его сгорании, или теоретическая энергетическая ценность. Но пищевые вещества усваиваются организмом не полностью. Так, белки усваиваются на 94,5%, жиры  на 94,0%; углеводы  на 95,6%. Поэтому следует теоретическую энергетическую ценность умножать на коэффициент усвояемости. Коэффициент усвояемости сахарозы равен 1, животных жиров 0,85 (за исключением сливочного масла), растительных жиров 0,95, белков в зависимости от их природы 0,850,95. Зная содержание в рационе белков, жиров и углеводов и коэффициенты их усвояемости, можно легко рассчитать фактическую энергетическую ценность.

Продукты, входящие в рацион питания, должны содержать вещества, необходимые для получения энергии, обмена веществ и построения тканей. В зависимости от характера, трудовой деятельности, возраста, пола, состояния здоровья человека необходимо в сутки 22003900 ккал (921816341 кДж) [2].

Для организма важно, какие группы пищевых веществ обеспечивают калорийность питания. Для нормальной жизнедеятельности человека необходимо определенное соотношение белков, жиров и углеводов, а также наличие витаминов и минеральных веществ.