Chemia żywności

Dr hab. inż. Artur Bartkowiak prof. nadzw.

Kierownik

 (0-91) 422 56 22

Dr inż. Sławomir Lisiecki
Adiunkt

tel. [phone] wew. 283

e-mail. [e-mail]

WWW.zoib.tz.ar.szczecin.pl

Chemia żywności zajmuje się fizycznym, chemicznym i biologicznym, składem substancji, przemianami materii w niej zachodzących.

Najważniejsze składniki:

1. Woda, tłuszcz, cukry, związki mineralne (sole), Ca, Fe, K, Mg, Na, kwasy nukleinowe

2. Związki organiczne i związki nie organiczne występują w minimalnych ilościach, których obecność w diecie jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania organizmu. (jodek potasu zamiast sól(sód) - choroba cywilizacyjna, choroby serca.)

3. Witaminy, biozwiązki o ogromnym znaczeniu w diecie, towarzyszą większości reakcji chemicznych w życiu, (rozpuszczalne w wodzie i tłuszczach).

	Komórka roślinna	Komórka zwierzęca
Białka		70 %
Sacharydy i polisacharydy	70%
Kwas mlekowy	5%	10%
Tłuszcz	10%	10%
Inne (kw. Nukleinowe)	5%	10%

Podział na grupy.

1. Woda

2. Białka (aminokwasy),

3. Tłuszcze (Lipidy),

4. Cukry (Węglowodany -Sacharydy) - dominująca cześć w produktach, najszybciej dostarcza energie.

5. Owoce i warzywa - na potrzeby komórki dostarcza najszybciej energii.

Białkowe

Mięso	Mleko i przetwory	Jaja
Tkanka mięśniowa	80 - 90 % wody	Białko 11% funkcje enzymatyczne i odpornościowe
Tkanka łączna	10 - 20 % suchej masy	żółtko 17,5% materiał zapasowy
	Woda 75%	w żółtku jest więcej białka niż w białku
	Białka 18%
	Lipidy 3 %
	Sacharydy 1 %
Azotowe substancje nie białkowe 1,5 %	decydują o smaku potrawy
Związki nie organiczne sole 1%

Największe wahania występują w wodzie i lipidach, w wyniku parowania, bo są cieczami, które parują.

Mleko jest to koloidalny (mleko i tłuszcz) roztwór. Kolor - fale elektromagnetyczne długości widzialnej rozpraszają się na roztworach mleka i dają wrażenie białego koloru.

Białka nasion zbóż

Albuminy

Globuliny nie rozkładają się w wodzie, 60 - 80 % w roztworach alkoholi, alifitychnych i aromatycznych.

Prolaminy

Gluteiny - rozpuszczają się w wodzie w 0,2 % NaOH ( wymywa się do potrzeb pożywienia w dietach - uczulenia na białka)

Sacharydy - skrobia

Zboża	Rośliny okopowe	Rośliny strączkowe	inne
Pszenica	Ziemniaki	Groch	Miód
Jęczmień		Fasola	Orzechy
Żyto		Bob
Owies		Soja
		Łubin

Skład chemiczny ziarna zboża zależy od - rodzaju, gatunku, odmiany, czasu i warunków wzrostu.

Ziemniaki

Woda 75 %

Skrobia 8 - 29 % - nie są układami koloidalnymi (amyloza + amylopektyna). Różni się od skrobi w pszenicznej i ryżowej. skrobia ryżowa jest najmiesza, największa jest skrobia ziemniaczana.

Sacharydy 2 %

Białko 2 %

Lipidy 0,5 %

Substancje mineralne 1 %

Tłuszcze jadalne.

Widoczne	Niewidoczne
masło	mięso
margaryna	ryby
smalec	mleko
oleje
ok. 45 % spożywanego tłuszczu	ok. 55 % spożywanego tłuszczu

Fosfolipidy (tłuszcze) są otoczką błon komórkowe.

tłuszcze	oleje
roślinne	zwierzęce
jadalne	techniczne
nasycone	nienasycone
nieschnące	schnące, półschnące
niemodyfikowane	modyfikowane

Pokost to tłuszcz naturalny, po pokryciu artykułu nie dopuszcza powietrza i zapobiega utlenianiu.

Temat: Woda 14. 10.2007r

Średnia ilość wody to 60 - 80 %, reakcje biochemiczne mieć wodę.

Aby doprowadzić wodę od 0 do 100 ⁰ C

40 KJ/mol = 520 kal /g

Ciepło właściwe wody 4184 j/g

Woda stany materii

540 + 100 +80 =720 kal.

Skład izotopowy

_{1 2 3}

H H H

^{1 1 1}

Wodór deutret tryt

Woda ma charakter polarny

↑↓

1s²

Gęstość atomowa 1g/cm³ (20⁰C)

Ciepło właściwe Cw = 4,18 J/g * kg jedno z najwyższych

Napięcie powierzchniowe S_t : 7,2 * 10² N/m wysokie

siły kapilarne.

Lepkość μ = 10^-3 N * s /m² niska

Temperatura topnienia i wrzenia (wyższa niż oczekiwana).

Ciśnienie pary nad roztworem (niskie0

Stała die elektryczna (jedna z najwyższych) ε = 80 (20 ⁰C)

Przewodnictwo cieplne (prawie najwyższym)

Temat: Makro i mikroelementy występujące w żywności. 18.11 2007r.

Związki mineralne:

1. bioelementy (mikro i makro)

2. występowanie i znaczenie.

3. najważniejsze metody analizy, jakościowej i ilościowej.

4. Makroelementy ponad 50 mg/kg suchej masy tkanek. (budulcowe)

5. Mikroelementy - pomocnicze.

6. Składniki balastowe pochodzą z zanieczyszczeń środowiska.

makroelementy	mikro elementy (stan przejściowy)
> 50 mg/kg
C, H, Mg, Ca, Mg, P, K, S, Cl, Na	Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Ni, Li, Rb, B Se, F, I
białka, lipidy, cukry, nukleotydy	szkodliwe, Cd, Hg, Al., Pb
układ kostny	Flora szkodliwa - wpływ na aktywność enzymów hormonów, witamin
materiał budulcowy

Właściwości pierwiastków i ich funkcje.

- możliwość spalania - funkcja fizykochemiczna.

- rodzaj i trwałość materiału poprzez pierwiastki jonu

- zdolność przenikania

Negatywny wpływ wybranych pierwiastków (biokumulacja)

- z wody (Cd, Cu, Hg, Pb, Sr, Zn)

- gleba ( B, Cd, Cs, Rb, Su, Zn)

- w koncentratach w biolitach (w wyniku procesów geologicznych) Ag, B, Be, Ce, Cr, F, Ge, La, Mo, Pb, Rb, Sc, Sr, Ti, U, V, W, Zn.

- łatwej absorpcji z przewodu pokarmowego (b, Cd, Hg, J, Zn)

- przenikana przez łożysko (Ag, Cd, Cu, Hg, Pb, Zn)

- przenikania przez barierę biologiczną krew - mózg, (B, Hg, Pb)

- tworzenie połączeń koordynacyjnych z białkami (Cd, Hg, Pb, Se)

- zmiana budowy DNA, RNA, (Cd, Co, Cu, Hg, Mn, Ni, Zn)

Wątroba i nerki

Wpływ procesów technologicznych.

Przyczyny strat substancji mineralnych.

- usunięcie tkanki podczas obróbki wstępnej.

- wyciek zawartości z uszkodzonych komórek.

- ekstrakcja rozpuszczalnych składników w wodzie.

- absorpcja jonów przez składnik usuwany.

Przykłady wpływów procesów technologicznych.

- strącenie kazeiny, absorpcja znajdujących się w mleku Zn, Cu, i innych metali.

Temat: procesy technologiczne. 18. 11. 2007r.

Przykład - Chlorek sodu - kiszenie kapusty i wędzenie mięsa.

Badanie składu mineralnego żywności.

- Spalanie (550 ⁰ C ) - zanieczyszczenia

- makro spalanie, utlenianie - stężone kwasy, środki korozyjne - długi czas analizy.

Metody określające jakościowego i ilościowego pierwiastków mineralnych w żywności.

- metody spektrometryczne

- spektrometria emisyjna - fotometria płomieniowa.

- spektrometria absorpcji atomowej (AAS)

Sacharydy.

- estryfikacja

- dehydratacja (odwodnienie)

- redukcja

- utlenianie

- tworzenie kompleksów

Reakcje wiązania glikozowego.

Chemiczne, fizyczne przekształcania polisacharydów.

- depolimeryzacja

- chemiczne metody bez zamiaru depolimeryzacji.

- enzymatyczne przekształcenie sacharydów.

Utlenianie → ketony

→ aldehydy → kwas

Estryfikacja to reakcja chemiczna w wyniku której powstają estry. Najczęściej zachodzi ona pomiędzy kwasami (głównie karboksylowymi) i alkoholami (szerzej: związkami zawierającymi grupę hydroksylową), niemniej możliwe i często stosowane są inne metody syntezy estrów np. z bezwodników czy chlorków kwasowych.

Reakcja estryfikacji z użyciem kwasu i alkoholu, której produktem ubocznym jest woda, jest zazwyczaj reakcją równowagową. Aby zapewnić jej wysoką wydajność należy z układu reakcji usuwać przynajmniej jeden z produktów i jest nim najczęściej woda

Eteryfikacja - reakcja chemiczna, w wyniku której tworzy się wiązanie C-O-C. W odróżnieniu jednak od reakcji estryfikacji żaden z atomów węgla, połączonych wiązaniami pojedynczymi z atomem tlenu, nie zawiera grupy karbonylowej.

Skrobia - węglowodan, polisacharyd roślinny, składający się wyłącznie z merów glukozy, pełniący w roślinach rolę magazynu energii.

(C6H10O5)n n=300-360

Czysta skrobia jest białą, bezpostaciową (nie jest krystaliczna), amorficzną substancją bez smaku i zapachu, nierozpuszczalną w zimnej wodzie. Skrobia hydrolizuje wyłącznie na alfa-D-glukozę, lecz nie jest jednorodnym chemicznie związkiem - składa się w rzeczywistości z dwóch różnych polisacharydów:

nierozgałęzionej amylozy łatwiej rozpuszczalnej w wodzie (ok. 20% naturalnej skrobi)Jest ona wielocukrem - jej cząsteczki składają się z wielu reszt glukozowych połączonych ze sobą atomami tlenu.

rozgałęzionej amylopektyny, z reguły w stosunku ilościowym (ok. 80% naturalnej skrobi); rozgałęzienia powstają dzięki wiązaniom α-1,6-glikozydowym.

Skrobia tworzy roztwory koloidowe. Jednoprocentowy roztwór wodny skrobi jest używany do wykrywania jodu cząsteczkowego, z którym tworzy zabarwienie niebieskie w wyniku wiązania jodu przez amylozę.

W trakcie hydrolizy kwasowej skrobia rozpada się na coraz krótsze łańcuchy polisacharydowe tworząc kolejno:

amylodekstryny (barwiące się z I₂ na niebiesko),

erytrodekstryny (barwiące się z I₂ na czerwono),

achrodekstryny (niebarwiące się z I₂) i

maltozę i glukozę.

Wykryć skrobię można za pomocą płynu Lugola, który selektywnie zabarwia ją na niebiesko.

Skrobia jest najważniejszym polisacharydem zapasowym u roślin, które magazynują go w owocach, nasionach, korzeniach w formie ziaren w liściach, bulwach, rdzeniu łodygi i kłączach. Szczególnie bogate w skrobię są ziarna zbóż i bulwy ziemniaka.

Odkłada się w komórkach roślin w postaci ziaren lub granulek, których wielkość i kształt są charakterystyczne dla poszczególnych gatunków roślin. Ziarna skrobi mają średnicę 2-120 µm, zależnie od pochodzenia mają różne właściwości i wygląd. Rozróżnia się skrobię ziemniaczaną, pszenną, kukurydzianą itp.

Skrobia i niektóre jej pochodne np. estry, produkty degradacji, utlenienia i częściowej hydrolizy) mają zastosowanie w przemyśle włókienniczym, farmaceutycznym, kosmetycznym, papierniczym, tekstylnym oraz do produkcji klejów. Jej wskaźnikiem jest jod zawarty w jodynie.

Metody izolowania i oczyszczania polisacharydów.

- filtracja technologiczne

- wytrącanie

- dializa, ultrafiltracja

- chromatografia cieczą analityczne

- ultrawirowanie

Chemiczne metody izolacji polisacharydów.

- słaba rozpuszczalność wodzie i w większości rozpuszczalników organicznych (skrobia, celuloza)

- odporność wiązań glikozydowych na działanie jonów OH^- w podwyższonej temperaturze (białka oraz kwasy nukleinowe ulegają w tych warunkach hydrolizie).

Alginiany - algi brunatne (polisacharydy)

polikwas D - mazurowy - nie żeluje

polikwas L - gularenowy - żeluje

Najważniejsze polisacharydy w oznaczeniu technicznym.

- roślinne - celuloza, skrobia, pektyny, alginiany, karageniany.

- zwierzęce -

Bakteryjne -

Różnice budowy

Stopień hydrolizy (dekstran, skrobia, celuloza)

Charakter chemiczny (-OH, -COO, -SO, -NH₃)

Homo

Różnica

Łańcuchy polisacharydów mogą oddziaływać z innymi cząsteczkami (np. amylazą)

Struktura morfologiczna ma różną budowę.

Temat: Proces żelowania polisacharydów. 15. 12. 2007r.

(Na, K, Ca² )⁰

kationy metali

Roztwór ogrzewanie żel

Ogrzewanie chłodzenie Kationy metali

( Na⁺, K⁺, Ca⁺ )⁰

Heliksy

Lipidy

Lipidy to związki organiczne o różnej budowie, których łączy kilka ważnych fizykochemicznych cech. Jedną z nich jest to, że nie rozpuszczają się w wodzie a rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych typu benzen, eter, chloroform, mieszaninie chloroform - metanol.

Tłuszcze - estry gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych.

Funkcje lipidów;

Energetyczne funkcja paliwa komórkowego biochemicznego (wolne kwasy tłuszczowe WKT)

Składniki strukturalne błon komórkowych i osłona narządów wewnętrznych (fosfolipidy FL, cholesterol)

Rozpuszczalnik witamin A D E K

Lipidy proste

Do tej grupy tłuszczów zaliczamy te, które spożywamy w pokarmach pod postacią masła, smalcu czy też jako oleje roślinne. Gdy w skład tłuszczów wchodzą kwasy nasycone, wówczas tłuszcze występują w stanie stałym. Gdy w tłuszczach przeważają kwasy nienasycone, wówczas występują one w stanie ciekłym, w postaci oleju (np. olej rzepakowy, lniany, słonecznikowy, sojowy, itp.).

Tłuszcze, które spożywamy w różnej postaci są mieszaniną różnych tłuszczów w których proste łańcuchy zawierają do osiemnastu atomów węgla.

Przykłady:

Smalec zawiera:

kwasy nasycone odpowiednio do ilości atomów węgla C14 -1%, C16 - 25-30%, C18 - 12-16%,

kwasy nienasycone odpowiednio do ilości atomów węgla C16 - 2-5%, C18 - 44-59%

Olej sojowy:

kwasy nasycone odpowiednio do ilości atomów węgla C14 - 0,3%, C16 - 7-11%, C18 - 2-5%,

kwasy nienasycone odpowiednio do ilości atomów węgla C16 - 0-1%, C18 - 72-94%

Najważniejszymi kwasami tłuszczowymi wchodzącymi w skład glicerydów o charakterze nasyconym są:

Kwas masłowy

kwas palmitynowy CH3(CH2)14COOH

kwas stearynowy CH3(CH2)16COOH

Kwasy te wystepują we wszystkich spożywanych tłuszczach.

Najważniejszymi kwasami tłuszczowymi wchodzącymi w skład glicerydów o charakterze nienasyconym są:

kwas oleinowy CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

kwas linolowy CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

kwas linolenowy CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

Tłuszcze właściwe są estrami gliceryny i kwasów tłuszczowych. Im

W zależności od tego ile reszt kwasowych wiąże się z grupami OH gliceryny, tłuszcze właściwie dzielimy na mono-, dwu- lub trójglicerydy.

Przykład: reakcja kwasu palmitynowego z gliceryną. Produktem jest trójgliceryd

W reakcji z gliceryną może brać udział większa liczba różnych kwasów tłuszczowych (maksymalnie trzy, czyli tyle ile grup hydroksylowych posiada gliceryna). Powstają wtedy tłuszcze posiadające w cząsteczce różne kwasy tłuszczowe (np. 1-palmityno-2-stearyno-3-oleino-trójgliceryd)

Rozpatrując budowę cząsteczek tłuszczów warto zwrócic uwagę na cząsteczki w których wystepują nienasycone kwasy tłuszczowe. Konfiguracja wokół wiązań podwójnych w cząsteczkach tych kwasów jest zawsze cis albo trans. Przykładem są podstawowe nienasycone kwasy tłuszczowe, tj. oleinowy, linolowy, linolenowy, w których występuje tylko konfiguracja cis.

Akademia Rolnicza - Chemia żywności 2007r.

8

1p

0n

1p

0n

1p

1n

Złożone

Gliceryna + kwas tłuszczowy i dodatkowe grupy

Hydrolizujące

(rozpuszczają się na czynniki pierwsze)

Niehydrolizujące

(nie rozpadają się na czynnik pierwsze)

Podział lipidów

Proste

Estry kw. tłuszczowych i alkoholi

Kw. Karboksylowe

Kwasy tłuszczowe Alkohole o długich łańcuchach węglowych i węglowodorowych

Izoprenowe

(sterole)

Fosfolipidy

( alkohol, tłuszcz + reszta kw. fosforowego)

(Kwas fosfatydowy)

Błony komórkowe

Glikolipidy alkohol, kwas tłuszczowy i cukier)

Woski

(Estry Alkoholu o długich łańcuchach węglowodorowych i kw. tłuszczowy

Tłuszcze właściwe (Glicerydy)

(Estry glicerolu i wyższych kw.

Tłuszczowych)

---