plik

CHEMIA ŻYWNOŚCI

Podstawowe Pojęcia

Chemia Żywności – jest nauką o fizycznych, chemicznych i biologicznych

właściwościach składników żywności, o przemianach tych związków w czasie
przechowywania i przetwarzania surowców oraz produktów żywnościowych, a także roli,
jaką odgrywają różne substancje w tworzeniu cech sensorycznych – zapachu, barwy, smaku i
tekstury pokarmów.

Chemia żywności jest nauką o jakościowym i ilościowym składzie oraz o

właściwościach i przemianach składników żywności. Fizyczne i chemiczne cechy oraz
reakcje składników w procesach dojrzewania, starzenia, psucia się, utrwalania,
uszlachetniania i przetwarzania surowców oraz w czasie przechowywania produktów są
omawiane w tej nauce przede wszystkim w aspekcie ich wpływu na szeroko pojętą jakość
żywności.

Chemia żywności traktuje o naturalnie występujących w żywności sacharydach,

lipidach, białkach niebiałkowych związkach azotowych, kwasach organicznych, witaminach,
barwnikach, substancjach zapachowych, innych związkach organicznych, składnikach
mineralnych i dodatkach do żywności wprowadzanych celowo oraz o substancjach
szkodliwych dla zdrowia.

Powiązania chemii żywności z innymi dyscyplinami:

1) Biochemia

Biochemiczne przemiany białek, węglowodanów, lipidów, witamin i innych
składników żywności. Biochemiczne metody oznaczania składników żywności

2) Nauka o żywieniu

Biologiczna wartość składników żywności

3) Toksykologia

Chemiczne czynniki wpływające na rozwój pasożytów w żywności
Właściwości i przemiany toksykologicznych składników żywności

4) Mikrobiologia

Zmiany składników żywności wskutek działania drobnoustrojów. Mikrobiologiczne
metody oznaczania składników żywności

5) Technologia żywności

Utrwalanie, obróbka, przetwarzanie, przechowywanie, ocena jakości żywności

6) Fizyka

Zmiany fizyczne cech żywności na skutek przemian chemicznych

7) Radiochemia

Radiochemiczne przemiany składników żywności

8) Chemia analityczna

Metody badania składników żywności

9) Chemia fizyczna

Kataliza, termodynamika chemiczna, właściwości roztworów

10) Chemia nieorganiczna

Mechanizmy reakcji, w których uczestniczą nieorganiczne składniki żywności

11) Chemia organiczna

Mechanizmy reakcji, w których uczestniczą organiczne składniki żywności w różnych
warunkach obróbki

Woda jako środowisko

Jako ciecz i lód pokrywa 70% powierzchni ziemi.
Woda słodka stnowi 3% całkowitej ilości wody na ziemi, a z tego tylko 0,003%

uczestniczy w cyklu hydrologicznym (atmosfera-hydrosfera).

Główny składnik ilościowy organizmów żyjących na ziemi (60-80% masy).
Środowisko, w którym zachodzi przemiana materii i energii, transport substancji

odżywczych i produktów odpadowych wewnątrz komórki oraz wymiana substancji ze
środowiskiem wewnętrznym.

Poza nielicznymi wyjątkami, biologicznie czynne struktury białek i kwasów

nukleinowych, a także struktury nadcząsteczkowe (m.in. błony biologiczne) powstają jedynie
w środowisku wodnym.

Woda bierze udział w wielu reakcjach chemicznych jako substrat lub produkt.
Jest jednym z elementów międzycząsteczkowych oddziałowań (m.in. wiązania

wodorowe, budowa jonowa).

Jest źródłem tlenu uwalnianego przez rośliny (fotoliza wody).

2 H

O = O

+ 4H

+ 4e

(atomy wodoru służą do syntezy związków organicznych, a gradient protonów do

produkcji do produkcji energii chemicznej)

Właściowści fizyczne

W porównaniu z innymi cieczami woda wyróżnia się następującymi parametrami:

- temperatura topnienia 0’C
- temperatura wrzenia 100’C
- ciepło właściwe 4 kJ/mol
- cieplo topnienia 333 kJ/mol
- ciepło parowania 2260 kJ/mol
- napięcie powierzchniowe 7,2∙10

-14

N/m

- stała dielektryczna(ε) 80

topn

[‘C] T

wrz

[‘C]

25’C

[g/cm3]

Ciepło

parowania

[kJ/mol]

Iloczyn
jonowy

(25’C)

0,00

100,00

0,9970

40,68

1∙10

-14

3,82

101,42

1,1044

41,67

0,16∙10

-14

4,49

101,51

1,2138

Występowanie izotopów w przyrodzie:

T : H = 1 : 6400

D : H = 1 : 10

Struktura cząsteczki – wiązania wodorowe

[rysunek: struktura cząsteczki - wiązania wodorowe]

Energia wiązań:

Van der Waalsa

ok. 1 kJ/mol

Wodorowe

10-40 kJ/mol

Kowalencyjne O-H 460 kJ/mol

Pojedyncze wiązanie wodorowe jest bardzo labilne, łatwo się tworzy i ulega zerwaniu.

Okres półtrwania wiązania jest mniejszy niż 10

-10

s. Dlatego pojedyncze cząsteczki wody

mogą łatwo zmieniać połączenie z sąsiednimi cząsteczkami wykazując przez to molekularną
rychliwość a ostatecznie małą lepkość wody.

Wiązania wodorowe decydują o spójności ciekłej wody (kohezja), jak też o

zdolnościach zwilżających wody (adhezja). Dzięki zjawiskom kapilarnym siły adhezji i
kohezji umożliwiają transport wody w roślinach.

Wiązanie wodorowe jest ważnym czynnikiem stabilizującym reakcje

wewnątrzkomórkowe. Wydzielane podczas reakcji ciepło jest pochłaniane przez wodę (duże
ciepło właściwe). W warunkach wysokiej temperatury otoczenia, organizmy żywe regulują
swoją temperaturę wydalając niewielkie ilości wody (transpiracja – rośliny, perspiracja –
zwierzęta). Odparowanie wody pochłania 500 razy więcej energii niż podniesienie jej
temperatury o 1’C. Działanie buforujące można zauważyć w środowisku.

Dla 1 grama wody:
- przemiana lodu w ciecz

320 kJ

- ogrzanie od 0-100’C

420 kJ

- odparowanie

2260 kJ

W większości żywności mrożonej z umiarkowaną szybkością kryształy lodu maja

strukturę heksagonalną (tzw. lód zwykły). Każda cząsteczka jest związana z czterema innymi.
Podczas topnienia zmienia się uporządkowanie, długość i stabilność. Występują dwa
przeciwne efekty:

- coraz więcej wiązań wodorowych ulega rozerwaniu, struktura jest mniej

uporządkowana, cząsteczki „są” bliżej (wiązania wodorowe w sieci krystalicznej lodu są
dłuższe niż w wodzie ciekłej) – rośnie gęstość

- cząsteczki drgają coraz intensywniej (rośnie energia kinetyczna) przez co zajmują

coraz większą objętość – zmniejszenie gęstości.

Początkowo decydujące jest zjawisko zaniku struktury, a powyżej 3,98’C przeważa

oscylacja cząsteczek.

[rysunek – sieć przestrzenna lodu ]

Dysocjacja i hydroliza

Woda ciekła istenieje w postaci równowagowej mieszaniny niezdysocjowanych

cząstek wody i jonów:

O  H

+ OH

(2H

O  H

+ OH

)

Iloczyn jonowy wody (Kw)

Kw = [H

][OH

] = 10

-14

pH = -log[H

]

Dysocjacja elektrolityczna wg. Arrheniusa dotyczy rozpadu na jony a rozpuszczalnik

jest tylko środowiskiem reakcji:

HCl = H

+ Cl

NaOH = Na

+ OH

Dysocjacja elektrolityczna wg Lowry’ego i Brönsteda związana z reakcją z cząsteczką

wody zachowującą się jak kwas lub zasada (rozpuszczalnik pobiera protony od kwasów lub
oddaje protony zasadom):

COOH + H

O (zasada) => CH

COO

+ H

(zasada) NH

+ H

O (kwas) => NH

+ OH

(zasada)

Hydroliza (wg Arheniusa) – reakcja chemiczna jonów z cząsteczkami wody:

COO

+ Na

+ H

O => CH

COOH + Na

+ OH

+ Cl

+ H

O => NH

OH (NH

●H

O) + Cl

+ H

Woda jako rozpuszczalnik

Solwatacja –przyłączanie cząsteczek rozpuszczalnika od substancji rozpuszczonej, dla

rozpuszczalników polarnych dipole rozpuszczalnika zostają przyciągnięte przez jony i się
odpowiednio ustawiają.

Solwatacja dla wody to hydratacja. Hydratacja jonów jednowartościowych i dużych

anionów jest słaba – dla jonów małych o wysokim ładunku jest duża. Jony metali
przejściowych silnie hydratowane: [Cr(H2O)

]

Substancja rozpusczona wymusza pewne uporządkowanie cząsteczek rozpuszczalnika

w swoim otoczeniu (struktura bardziej labilna).

W roztworach rozcieńczonych jony soli istnieją niezależnie (Na

, K

, Mg

, Ca

, Cl

)

otoczone cząsteczkami wozpuszczalnika, który w okolicy jonów zmienia swoją ruchliwość i
gęstość.

W stężonych roztworach (promienie jonowe)
- jony tworzące strukturę (silne pole elektryczne) Li

, Na

, H

, Mg

, Ca

, F

, PO

cząsteczki są bliżej przyciągane, przez co roztwory są mniej ciekłe o

strukturze podobnej do jonowej.
- jony rozrywające strukturę (duże jony jednowartościowe) K

, Rb

, Cs

, NH

, Cl

, NO

, ClO

, CNS

rozluźnienie struktury – roztwory bardziej ciekłe niż woda.

Woda wewnątrzkomórkowa

70% masy, roztwór, zawiesina, faza graniczna

Inna niż czysta woda: trudniej zamarza, nie jest dostępna jako rozpuszczalnik dla

elektrolitów

Defincja

Fennema:

Woda związanca – jest zlokalizowana w bezpośrdenim sąstedztwie substancji
rozpuszczonych lub zawieszonych, ma zmniejszoną aktywność, odmienne właściwości od
pozostałej masy wody zawartej w danym materiale i nie zamarza do -40’C.

Rodzaje wody w żywności:

- woda strukturalna (krystaliczna, związana chemicznie, <0,03%) integralna część
składników niewodnych, ulokowana w wolnych przestrzeniach makrocząsteczek lub
związana w postaci wodzianów
- woda związana w postaci monowarstwy (0,1-0,9%) silnie oddziałuje z grupami
polarnymii grupami zjonizowanymiskładników niewodnych.
- woda związana w dalszych kilku warstwach (1-5%) – o strukturze uporządkowanej wokół
hydrofilowych grup składników niewodnych, stabilizowana wiązaniami wodorowymi,
utworzonymi między tymi grupami, a wodą oraz między cząsteczkami samej wody.
- woda niezwiązana (wolna, 5-96%) o właściowościach zbliżonych do właściwości wody w
rozcieńczonych roztworach soli.
- woda uwięziona (5-96%) – podobna do wolnej, ale uwięziona w niewypełnionych
przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach, przez co jej przepływ jest utrudniony

Woda związana nie jest całkiem nieruchoma (równowga dynamiczna), sposób ich wiązania
może się zmieniać w czasie obórki i przechowywania.

IMF (Intermediate Moisture Foods)

Produkty o obniżonej zawartości tłuszczu i średniej zawartości wody:

– usunięcie tłuszczu zakłóca równowagę pomiędzy składnikami żywności i

destabilizuje fazę wodną

– destabilizacja fazy wodnej zmienia charakterystykę wzrostu drobnoustrojów
– w celu ograniczenia dostępności wody stosuje się wypełniacze wiążące wodę:

celuloza, skrobia, owoce, ziarna, otręby(glukoza, fruktoza, pektyny)

Aktywność wody

Prężność pary roztworów jest mniejsza niż prężność pary czystego rozpuszczalnika.

Aktywność wody (względna prężność pary a

) – miara dostępności wody zawartej w

materiale, oznaczanie: umieszczenie małej próbki w zamkniętej komorze do osiągnięcia
równowagi i pomiar wilgotności względnej w komorze







0 < a

< 1

P,P

– prężność par roztworu i czystego rozpuszczalnika w danej temperaturze

, n

– stężenie molowe substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika

Wpływ aktywności wodnej na przemiany zachodzące w żywności.

Woda umożliwia transport substratów i produktów reakcji, dlatego aktywność enzymatyczna
(konieczna do rozwoju mikroflory) maleje ze zmniejszaniem dostępności wody:
- hamowanie działania enzymów np. fenylooksydazy, amylazy, peroksydazy, gdy a

< 0,8

- drobnousroje nie rozmnażają się, gdy a

< 0,6

NIEDOKOŃCZONE

[wykres zależności między a

, a przemianami zachodzącymi w żywności (względna

szybkość rekacji]

Izotermy sorpcji

Izoterma sorpcji – zależność między wilgotnością

???

(masa wody na jednostkę suchej

masy substancji) i aktywnością wody w danej temperaturze.
Dla różnych temperatur równanie Clausiusa-Clapeyrona





)

(

)

(ln

– aktywność wody

T – temperatura procesu
ΔH – ciepło sorpcji
R – stała gazowa

[wykres Aktywności wody od zawartości wody g/g suchej substancji]

Dla danej aktywności wody ilość wody w produkcie może być inna dla desporcji niż resorpcji
(histereza).
Konstruowanie izoterm na podstawie procesu dehydratacji (desorpcji) lub powtórnej
hydratacji (resorpcji) produktu uprzednio wysuszonego.

Strefa 1 (adsorpcja monomolekularna – woda najsilniej związana, jak część substancji stałej

– woda strukturalna i monowarstwa). Mała ruchliwość, nie zamarza w temperaturze -
40’C, nie jest rozpuszczalnikiem, nie wykazuje właściwości zmiękczających.

Strefa 2 a

= 0,25-0,7. Adsorpcja wielowarstowa, wypełnienie miejsc wolnych pierwszej

warstwy i tworzenie kolejnych warstw z wiązań wodorowych. Większość nie zamarza
w temp. -40’C, gdy a

≈ 0,7 następuje pęcznienie i zmiękczanie substancji oraz

rozpuszczanie niektórych składników.

Strefa 3 a

> 0,7. Woda o właściwościach rozcieńczonych roztworów soli. Zamarza, jest

rozpuszczalnikiem, umożliwia przemiany chemiczne i biochemiczne oraz rozwój
drobnoustrojów.

Dla produktu o dużej zawartości wody strefy 1 i 2 to około 5% wody, strefa 3 - 95%.

Najważniejsze izotermy

Izotermy BET (Brunauer, Emmet, Teller – 1938) obejmuje obliczanie zawartości wody
związanej w warstwie monomolekularnej przy założeniu jednorodności powierzchni
adsorpcyjnej i brak oddziaływań między zaadsorbowanymi cząsteczkami wody.

Izotermy GAB (Guggenheim, Anderson, De Boer) w całym zakresie aktywności wody i z
ekstrapolacją do innych temperatur, uwzględnia adsorpcję wielowarstwową.

Zastosowanie izoterm w przemyśle spożywczym

Dobór odpowiednich parametrów do procesów zagęszczania i suszenia oraz określenie

końcowych punktów tych procesów(możliwe wartości oczekiwane)

Ustalenie optymalnych warunków przechowywania żywności suszonej oraz dobór

opakowań.

R = 8,314472 ± 0,000015 J/(mol · K) w układzie SI

Formy występowania soli mineralnych w organizmach żywych

Wykrytalizowane sole nieograniczne – fosforany wapnia i magnezu w kościach, kryształy
szczawianu wapnia w niektórych tkankach roślinnych.
Jony – w płynach ustrojowych. Wielkość i trwałość warstwy hydratacyjnej decyduje o
transporcie przez niepolarne błony biologiczne (gradient stężeń)
Połączenia ze związkami organicznymi – żelazo w hemoglobinie, fosfor w ATP i kwasach
nukleinowych, metale w enzymach (Ca

koordynowany z białkowymi atomami tlenu łatwiej

niż Mg

, rozpuszczalne chelaty Me

z białkami – transport jonów)

Metale o zbliżonej strukturze do aktywnych biologicznie metali współzawodniczą z

nimi, tworząc homologi nieaktywne biologicznie, np. jony fosforanowe(V) zastępowane są
jonami arseniowymi (V).

Bezwzględna zawartość składnika oznaczona analitycznie nie jest tożsama z ilością

przyswajaną przez orgaznim. Na przyswajalność mają także wpływ inne związki obecne w
żywości (np. fityniany

Występujące powszechnie niedobory składników mineralnych dotyczą głównie Ca,

Fe, I, a także często Zn, Mg, Se oraz Cr. Zatrucia natomiast wywołuje nadmiar m.in. Na, F,
Zn, Mg, K, Se, Fe.

Sód



występuje głównie w płynach ustrojowych



utrzymuje odpowiednie ciśnienie osmotyczne (wraz z Cl-), aktywuje m.in. amylazę



szybko wchłaniany i wydalany



dzienne zapotrzebowanie: 1,7-6,9g



nadmiar prowadzi do nadciśnienia (brak również szkodliwy)



zawartość w organizmie człowieka 1,4g/kg

Potas



występuje głównie w komórkach



regulacja ciśnienia osmotycznego komórek



aktywacja enzymów w glikolizie w łańcuchu oddechowym



powinien występować w nadmiarze do sodu 4/3



zawartość w organizmie człowieka 2g/kg (niedobór rzadko spotykany)

Magnez



znaczne ilości w kościach i komórkach (ok. 20g/kg)



udział w transporcie fosforanów

Glikozydy o działaniu przeciwodżywczym, upośledzają wchłanianie składników mineralnych ,występują

głównie w porduktach zbożowych (zwłaszcza w zarodku i otrębach), w suchych nasionach roślin strączkowych,
orzechach. Mąki ciemne zawierają więcej fitynianów niż mąki jasne.



aktywacja m.in. fosfofruktokinazy

, udział w cyklu Krebsa



dzienne zapotrzebowanie ok.300mg (zaspokajane)



wzbogacaniee w postaci: MgO, Mg(OH)

, Mg

(PO

)

, MgCO

, mleczanu, cytrynianu,

glikonianu, glicerofosforanu, MgSO

i MgCl

Wapń



zawartość w orgaznizmie człowieka 1,5kg



występuje w kościach w postaci hydroksyapetytu oraz CaCO



w tkankach – udział w kontrakcji(skurczu) mięśni i aktywności neuronów



niedobór – rozwój osteoporozy, nadciśnienia, nadmiernej ponudliwości nerwowej i
nowotworów jelita grubego



składnik enzymów m.in. alfa-amylazy i termolizyny



dzienne zapotrzebowanie 0,8-1g (na ogół zaspokajane)



wzbogacanie w postaci: mleczanu, cytrynianu, CaO, Ca(OH)

, CaCO

, CaCl

glukonianu i glicerofosforanu

Fosfor



zawartość w organizmie 700g



w postaci estrów fosforanowych (3/4 jako sól wapnia w kościach)



pobierany jako jony fosforanowe



składnik ATP



nadmiar fosforu obniża zawartość wapnia w kościach



dzienne zapotrzebowanie 0,8-1,2g (zaspokajane)

Żelazo



niezbędne do życia (wyjątek pałeczki kwasu mlekowego)



zawartość w organizmie człowieka 3-4g



70% zawarte w hemoglobinie i mioglobinie



centrum aktywne dla cząsteczek przenoszących tlen i elektrony, składnik enzymów
(nitrogenaza, oksydazy, hydrogenazy, reduktazy, dehydrogenazy, deoksygenazy)



słabo przyswajane z pokarmu: mięso 20%, warzywa i chleb do kilku procent



niedobór występuje w krajach rozwijających się (niedokrwistość)



wzbogacanie w postaci: glukonianu, mleczanu, fumaranu, siarczanu (pirofosforanu i

węglanu), cytrynianu, peptonianu

Cynk



zawartość w organizmie człowieka 2-3g



składnik enzymów (anhydraza węglanowa, karboksypeptydaza, dehydrogenazy
alkoholowe, dysmutaza podtlenkowa, termolizyna i fosfatazy)



niedobór zmniejszenie wydzielania hormonu wzrostu, tarczycowych, płciowych,
insuliny i spadek odporności



dzienne zapotrzebowanie 10-20mg (zaspokajane, nadmiar szkodliwy)



wzbogacanie w postaci: siarczanu, glukonianu, mleczanu, cytrynianu, węglanu, octanu

i tlenku, najlepiej przyswajany w postaci chelatowej

Miedź



zawartość w organizmie człowieka 250mg

kluczowy enzym glikolizy

Cykl kwasu cytrynowego przebiega w całości w matriks w mitochondrium.



składnik metaloprotein (miedzioproteiny), oksydaz, dysmutazy ponadtlenkowej i
hemocyjaniny.



dzienne zapotrzebowanie 1-2 mg (zaspokajane)

Mangan



zawartość w organizmie człowieka 15mg



bierze udział w fotosyntezie, składnik karboksylazy pirogronianowej i oksydazy
aminowej



wpływa na prawidłową strukturę kości, poprawę nastroju i pamięci



konieczne spożycie zaspokajane, względnie nietoksyczny



wzbogacanie w postaci: węglanu, glukonianu, cytrynianu, chlorku, siarczanu i
glicerofosforanu

Kobalt i Nikiel



zawartość kobaltu w organizmie człowieka 1-2mg (nadmiar szkodliwy)



obecny w postaci witaminy B12 i jej pochodnych



nikiel (słabo poznany) – składnik ureazy, aktywator niektórych enzymów

Wanad



zawartość w organizmie człowieka 17-43 mg



składnik wodniczek krwinek (wanadocytów), prawdopodobnie przenośnik O



konieczne spożycie jest zaspokajane

Molibden i Chrom



zawartość molibdenu w organizmie człowieka 8-10mg



decyduje o procesach biologicznego wiązania wiązania azotu z powietrza
prowadzących do jego redukcji do amoniaku (nitrogeneza)



składnik reduktazy azotanowej niezbędnej do przyswajania azotu azotanowego z
gleby przez rośliny



dzienne zapotrzebowanie 0,3mg jonu MoO

(zaspokajane, nadmiar toksyczny)



chrom wpływa (łącznie z insuliną) na usuwanie glukozy z krwi



zwiększone zapotrzebowanie chromu w podeszłym wieku



wzbogacanie chromem w postaci: pikolinianu, chlorku

Cyna



występuje w prawie wszystkich organach człowieka



zwiększona zawartość w konserwach z nielakierowanej blachy białej, jak na razie
przyjmuje się brak toksycznego wpływu nadmiaru dla organizmu (mała
wchłanialność)

Glin



pierwiastek neurotoksyczny i atakujący układ nerwowy



zatrucie może prowadzić do anemii



z powodu zakwaszenia gleby znacznie większe ilośći trafiają do roślin i wody

Kadm



dawka 10mg wywołuje poważne skutki



wypiera cynk z enzymów



tygodniowe pobranie poniżej 8μg na 1kg masy ciała

Rtęć



trujące są pary, związki nieorganiczne jak i rtęcioorganiczne



były stosowane jako środki grzybobójcze, obecnie w świetlówkach



Hg(II) jest wiązana przez grupy tiolowe białek



zatrucia powodują niesprawność umysłową i fizyczną człowieka



tygodniowe pobranie poniżej 5μg na 1kg masy ciała

Ołów



głównie ze skażoną żywnością (produkty spalania benzyny)



akumuluje się w niektórych organach człowieka i kościach odkłada się w postaci
trudno rozpuszczalnego trifosforanu ołowiu



skutek zatruć: neutopatia i zapalenie mózgu



tygodniowe pobranie poniżej 3μg na 1kg masy ciała

Arsen



występuje we włosach, paznokciach, skórze i kościach



nie stwierdzono pozytywnego działania, nadmiar prowadzi do zatrucia



zawartość w roślinach zależy od stężenia w glebie

Krzem



zawartość w organizmie człowieka 1g



ważny składnik dla archibakterii oraz roślin



niektóre bakterie używają zamiennie fosforu i krzemu



u zwierząt i człowieka zwiększa zdrowotność i odporność na choroby



występuje w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie zdolnych do przenikania
przez ściany komórek, estrów krzemowych (węglowodanów, białek steroidów,
chinoliny i fosfolipidów) oraz rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych
nierozpuszczalnych polimerów

Bor



mikroelement niezbędny dla roślin



nie stwierdzono konieczności przyswajania przez człowieka (pozytywnego działania)



dzienne pobranie 4-40mg w pokarmach roślinnych



kumuluje się w tkance tłuszczowej i centralnym systemie nerwowym (zaniechano
stosowania jako konserwantu pochodnych kwasu borowego)

Fluor



zawartość w organizmie człowieka 2,6g



zmniejsza próchnicę przy wodzi 0,5-1,5μg/g, zawartość powyżej 2μg/g toksyczna



gromadzony przez rośliny proporcjonalnie do stężenia w glebie



głównym źródłem woda pitna

Chlor



zawartość chlorków w organizmie człowieka 1,1g/kg



przeciwjon dla Na

w płynach międzykomórkowych i jonów H

w soku żołądkowym



łatwo wchłaniany, dzienne spożycie 3-13g

Brom



brom występuje w organizmie, lecz nie jest uważany za niezbędny



łatwo wchłaniany i wydalany (tak jak chlorki)

Jod



zawartość jodu w organizmie człowieka 10mg (80% w tarczycy)



przyswajany jako jony I



synteza tyroksyny i trijodotyroniny (aktywacja enzymów łańcucha oddechowego,
stymulowanie wzrostu młodych organizmów)



niedobór powoduje karłowatość młodych zwierząt, u ludzi kretynizm, może być
powodem utraty słuchu, otyłość, osłabienie potencji seksualnej i upośledzenie
rozrodczości



nadmiar powoduje rozkojarzenie fosforylacji oksydacyjnej



dzienna dawka wynosi 0,07mg



do wzbogacania: jodki potasu i sodu oraz jodan sodu

Selen



zawartość w organizmie człowieka 10-15mg



dzienne spożycie 0,05-0,1mg (zaspokajane)



wchodzi w skład peroksydazy glutationowej zmniejszającej ryzyko nowotworów,
wykazuje działanie synergistyczne(wzmacniające) w stosunku do witaminy E, bierze
udział w syntezie glutationu i białek oraz spermatogenezie



wzbogacanie w postaci kwasu selenowego i selenianu sodu (nadmiar rakotwórczy)

BRAK WYKŁADU Z 22.X.2007r.

Substancje słodzące

Z cukrem wiąże się wiele pozytywnych funkcji technologicznych:
- nadawanie słodkiego smaku
- kształtowanie tekstury np. lepkość (syropy)
- wypełnienie (karmelki, lody)
- stwarzanie warunków do żelowania niektórych polisacharydów np. pektyna
wysokometylowana (stężenie cukru powyżej 60%)
- działanie konserwujące (stężenie cukru powyżej 65%)
- nośnik smaku
- nadawanie charakterystycznego smaku i barwy (reakcja Maillarda ciemnienia
nieenzymatycznego)
- pożywka dla drożdży
- produkcja karmelu

Zastąpienie w produkcie sacharozy musi się wiązać z zastąpieniem wszystkich jej funkcji.

Jedną z przyczyn zastępowania sacharozy substancjami silnie słodzącymi jest chęć

obniżenia wartości energetycznej. Prowadzone badania wykazały, że negatywne
oddziaływanie cukru na zdrowie (cukrzyca, próchnica, otyłość) można zminiejszyć poprzez
szeroką dostępność produktów bezcukrowych.

Substancje słodzące dzieli się zwykle na 3 grupy:

1) cukry: mono- i disacharydy
2) poliole: półsyntetyczne, wypełniające, o małej słodkości np. sorbitol, mannitol,

laktitol.

3) syntetyczne: silnie słodzące np. aspartam, sacharyna, acesulfam-K

W produkcji spożywczej bardzo często stosowane są rówież hydrolizaty skrobiowe

otrzymane na drodze hydrolitycznego rozpadu skrobi. Mają one mieć postać lepkiej cieczy
(syropy), bezpostaciowego proszku (maltodekstryny) lub kryształu (glukoza).

Podstawowym wyróżnikiem charakteryzującym hydrolizaty skrobiowe jest

równoważnik glukozowy DE, który oznacza procentową zawartość cukrów redukujących w
suchej substancji hydrolizatu w przeliczaniu na glukozę.

Syropy skrobiowe otrzymane przez niepełną hydrolizę kwasową, kwasowo-

enzymatyczną lub enzymatyczną mają konsystencję gęstej, bardzo lepkiej i słodkiej cieczy. W
zależnośći od składu węglowodanowego syropu rozróżniamy syropy glukozowe, maltozowe,
fruktozowe.

Słodkość substancji słodzących określa się jako stosunek intensywności słodkości

jednoski wagowej danej substancji do sacharozy, której słodkość przyjmuje się za 1,00.
Według tego kryterium substancje słodzące można podzielić na dwie grupy:

1) półsyntetyczne, wypełniacze

- laktitol

0,3 – 0,4

- izomalt

0,4 – 0,5

- mannitol

0,5 – 0,6

- sorbitol

0,5 – 0,6

- maltitol

0,6 – 0,9

- ksylitol

2) syntetyczne, silnie słodzące

- cyklaminiany 30 – 40
- acesulfam-K

130 – 200

- aspartam

160 – 200

- sacharyna

300 – 500

- 5-nitro-2-etoksyanilina

2000

- 5-nitro-propoksyanilina

4000

Grupę półsyntetycznych substancji słodzących stanowią głównie alkohole cukrowe,

tzw. poliole, czyli substancje słodzące o wartości odżywczej, w przeciwieństwie do
syntetycznych, określanych mianem substancji bez wartości odżywczej.

Sorbitol, mannitol, ksylitol, maltitol, laktitol otrzymywane są przez redukcję

odpowiednich cukrów. Proces przeprowadza się przez uwodornienie 30-40% roztworu
wodnego danego cukru, w temp. ok. 100’C, stosując nadciśnienie w obecności katalizatora.
Uzyskany produkt po przefiltrowaniu koncentruje się do postaci syropu (75% s.m.),
wykrystalizowuje lub suszy uzyskując postać krystalicznego proszku (99% s.m.).
Technologiczną zaletą polioli jest ich chemiczna stabilność, zdolność zapobiegania
krystalizacji sacharozy oraz zachowania stałej słodkości w środowisku wodnym.

Rozwój syntezy chemicznej umożliwił wprowadzenie na rynek szeregu syntetycznych

produktów silnie słodzących o zadowalających właściowściach użytkowych. Stosowanie
sacharyny w żywności budzi zastrzeżenia ze względów zdrowotnych i smakowych
(metaliczny posmak).

E420 Sorbitol – ma wysoką lepkość, zdolność utrzymywania wilgotności i zapobiegania
krystalizacji sacharozy, zwiększa trwałość produktów. Zastosowanie – czekolada, cukierki,
ciastka, lody, guma do żucia, dżemy dla diabetyków, rodzynki, owoce kandyzowane.

E421 mannitol – zapobiega przylepności i krystalizacji, posiada właściwości teksturotwórcze
i zwilżające. Zastosowanie – czekolada, cukierki, ciastka, lody, guma do żucia, dżemy dla
diabetyków, rodzynki, owoce kandyzowane.

E420 SORBITOL, syrop sorbitolowy (Lycasin®)



alkohol sześciowodorotlenowy C



nazwa pochodzi od jarzębiny (sorbus aucuparia)



otrzymywany przez uwodornienie glukozy, pod wysokim ciśnieniem, w
podwyższonej temperaturze, w obecności katalizatorów



temperatura topnienia: 96,5’C, dobrze rozpuszczalny w wodzie, słabo w etanolu



smak – przyjemny słodki, wartość energetyczna 4kcal/g



nadaje produktom orzeźwiająco słodki smak, może korzystnie wpływać na
zachowanie aromatu, zapobiegać krystalizacji sacharozy, maskować gorzkawy
posmak sacharyny



nadaje się do stosowania jako zamiennik cukru w produktach dla diabetyków, jednak
przy spożywaniu większych ilości może powodować zaburzenia w trawieniu, nie
wymaga limitowania

[Wzór sorbitolu]

E421 MANNITOL



alkohol sześciowodorotlenowy C



otrzymany przez uwodornienie fruktozy lub mannozy



temperatura topnienia: 165-168’C, słabo rozpuszczalny w wodzie, wartość

energetyczna 4kcal/g, mniej higroskopijny niż sorbitol



stosowany jako czynnik zapobiegający krystalizacji i przylepności, substancja
teksturotwórcza, zwilżająca, zapobiegająca zbrylaniu i zlepianiu, szczególnie ceniony
przy wyrobie gum do żucia, ponadto stosowany do deserów mlecznych, nie wymaga
limitowania.

E965 MALTITOL, syrop maltitolowy (Malbit®)



otrzymywany ze skrobi kukurydzianej lub ziemniaczanej przez hydrolizę

enzymatyczną



związek bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, silnie higroskopijny, temperatura
topnienia 135-140’C, stabilny termicznie oraz w szerokim zakresie pH



zapobiega krystalizacji, nie ulega fermentacji pod wpływem bakterii i drożdży



nie wymaga limitowania

[Wzór maltitolu]

E966 LAKTITOL (Lacty®)



∙H

O, produkowany przemysłowo przez redukcję laktozy w temperaturze

100’C, pod zwiększonym ciśnieniem, w obecności katalizatora



biały, krystaliczny proszek, łatwo rozpuszczalny w wodzie, temperatura topnienia
70-80’C, stabilny w szerokim zakresie pH, nie ulega reakcjom Maillarda



wartość energetyczna 2kcal/g



nie wymaga limitowania



stosowany w produkcji żywności dla diabetyków (nie powoduje wzrostu poziomu
glukozy we krwi) oraz jako niskoenergetyczna substancja wypełniająca

E967 KSYLITOL



poliol o wzorze C5H12O5, otrzymywany przez uwodornienie ksylozy z hemicelulozy

w obecności katalizatorów, pod wysokim ciśnieniem



krystaliczny proszek, łatwo rozpuszczalny w wodzie, stabilny termicznie, osłabia siłę
żelowania



w smaku daje silne uczucie odświeżające i chłodzące, przeciwdziała powstawaniu
próchnicy



wartość energetyczna 4kcal/g



nie wymaga limitowania,



stosowany w produkcji żywności dla diabetyków, wyrobów cukierniczych, gum do
żucia, karmelków, lodów, dżemów, galaretek owocowych.

E952 Kwas cyklaminowy, sole Na i Ca (Asdugria®, Dulcinetten®)



S, otrzymywany jest z amin, kwasu chlorosulfonowego, tritlenku siarki,

odkryty w 1937r., stały krystaliczny związek, temperatura topnienia 170’C, dobrze
rozpuszczalny w wodzie, nie rozpuszczalny w rozpuszczalnikach niepolarnych, trwały
w roztworze wodnym przy pH od 2 do 10.



może wykazywać antagonizm lub synergizm oraz interakcje z niektórymi lekami, jest
stabilny termicznie, oraz w trakcie przechowywania, rozkład mogą przyspieszać
aminokwasy oraz witaminy grupy B.



nadaje produktom lekko kwaskowaty posmak, często jest stosowany razem z
sacharyną



ADI: 0-11 mg/kg masy ciała



stosowany do produkcji napojów bezalkoholowych i mlecznych deserów, wyrobów

cukierniczych, produktów dietetycznych

[wzorki strutkuralne kwas cyklaminowego i jego soli Na i Ca]

E953 IZOMALT (Lylose ®, Palatinit®)



jest mieszaniną α-glukopyranosol-1,6-sorbitolu i mannitolu (GPS+GPM), C



biała krystaliczna substancja, temperatura topnienia 145-150’C,



wartość energetyczna 2kcal/g



słabo rozpuszczalny w wodzie i nierozpuszczalny w etanolu, stosunkowo stabilny
chemicznie



stosowany jako inhibitor krystalizacji, nie powoduje próchnicy



nie wymaga limitowania, stosowany w produkcji deserów

E954 SACHARYNA, sole Na, K, Ca



imid kwasu o-sulfobenzoesowego (C

NnaO

S∙2H

O), pierwsza sztuczna substancja

słodząca (Fahlberg, 1819)



surowcami do otrzymywania sacharyny są: toluen, kwas antranilowy, bezwodnik
ftalowy



biały krystaliczny proszek, bez wartości kalorycznej, temperatura topnienia 228-
229’C, rozpuszczalna w wodzie i etanolu, trwała w wodnych roztworach w zakresie
pH 3,3 – 9,0, w organizmie człowieka nie ulega przemianom metabolicznym



wadą sacharyny jest pozostawianie gorzkawego metalicznego posmaku, stąd często
stosowany jest np. z cyldaminianami



ADI: 0,5 mg/kg masy ciała



stosowany w produkcji preparatów dietetycznych, napojów bezalkoholowych i

mlecznych, deserów, wyrobów cukierniczychm gum do żucia, lodów (po uzyskaniu
zgody PZH)

[wzorek strukturalny sacharyny, sacharynian sodu i wapnia]

E951 ASPARTAM (Nutrasweet®, Equal®, Canderel®, Sanecta®)



dipeptyd, C

, wyprodukowany w 1965 (Seasle&Company)



występuje w większości produktów zawierających białka



synteza aspartamu jest trudna ze względu na optyczną czynność aminokwasów, które

muszą być izomerami L



biały krystaliczny, bezzapachowy proszek, temperatura rozkładu 246’C, cechuje go
dobra stabilność termiczna, wartość energetyczna 4kcal/g, słaba rozpuszczalność w
wodzie i w alkoholu, intensyfikuje i wzmaga aromaty owocowe



dopuszczony do spożywania przez diabetyków, kobiety ciężarne i karmiące oraz
dzieci, podczas metabolizmu rozkłada się na fenyloalaninę, kwas asparginowy i
niewielki ilości metanolu



produkty zawierające aspartam nie mogą być spożywane przez chorych na

fenyloketonurię



może się rozkładać już w temperaturach 100-120’C z wytworzeniem toksycznej
diketopiperazyny



wykazuje synergizm smakowy z glukozą, sacharozą, aspartamem, sacharyną i
cyklaminianami



stosowany jest jako wzmacniacz smaku, słodzik (po uzyskaniu zgody PZH) i substytut
cukru, w produkcji napojów gazowanych, deserów, soków, gumy do żucia



nie stwierdzono jego toksyczności i mutagenności



ADI: 40 mg/kg masy ciała

E950 ACESULFAM-K (Sunett®)



Sól potasowa acesulfamu, uzyskana w 1967r. (Hoechst AG.), C



biały krystaliczny, bezzapachowy proszek, temperatura rozkładu 250’C, dobrze
rozpuszczalny w wodzie, słabo w alkoholu, cechuje go dobra stabilność w trakcie
procesów technologicznych, odporny na działanie kwasów



w organizmie człowieka nie jest metabolizowany – zerowa kaloryczność



wykazuje synergizm smakowy z taumatyną, aspartamem i cyklaminianami



nie stwierdzono jego toksyczności i mutagenności



ADI: 15 mg/kg masy ciała



zastosowanie: napoje bezalkoholowe, desery, wyroby cukiernicze, słodziki (po

uzyskaniu PZH)

[wzorek acesulfam-K, sól potasowa 2,2-ditlenko-5,6-dimetylo-1,2,3-oksatiazyny-4(3H)-on]

E959 NEOHESPERYDYNYA DC



dihydrochalkon flavonoidu, produkowany przez uwodornienie neohesperydyny i

falvonoidu



krystaliczny proszek trudno rozpuszczalny w wodzie, temperatura topnienia 173’C,
stabilna w roztworach w zakresie pH 1-7 oraz w warunkach UHT i pasteryzacji



wykazuje synergizm smakowy z większością substancji słodzących, maskuje
nieprzyjemne posmaki, daje wrażenie mentolowe chłodzące, łagodzi goryczkę,
korzystnie wpływa na aromat



ADI: 5 mg/kg masy ciała



stosowany w produkcji napojów bezalkoholowych i mlecznych, lodów, deserów,
wyrobów cukierniczych, gum do żucia, sosów.

[wzorek strukturalny neohesperydozylu]

E957 TAUMATYNA (Talin®)



substancja białkowa pochodzenia naturalnego (po raz pierwszy wyizolowana w 1958),
jej cząsteczk składa się z 207 reszt aminokwasowych stabilizowanych 9 mostkami
siarczkowymi



bezwonny proszek o barwie kremowej, dobrze rozpuszczalny w wodzie oraz w

etanolu, punkt izoelektyczny 11,5 , temperatura topnienia 173’C, stabilna w
warunkach pateryzacji i procesach UHT oraz w roztworach w zakresie pH 2-8



całkowicie trawiona w organizmie człowieka, wartość kaloryczna 4kcal/g



aktywna elektrostatycznie, może wchodzić w reakcje z niektórymi barwnikami,
anionowymi polisacharydami, hydrokoloidami powodując zmiany barwy lub
wytrącanie osadu, stąd stosowana jako preparat skrystalizowany z gumą arabską



maskuje niekorzystne posmaki i wzmacnia aromat, przedłuża czas odczuwania

słodkości



nie wymaga limitowania



stosowana w produkcji napojów bezalkoholowych, lodów, deserów, wyrobów
cukierniczych, gum do żucia, preparatów dietetycznych

Charakterystyczne reakcje w obecności kwasów

Do przemian sacharydów zachodzących w obecności kwasów można zaliczyć: hydrolizę
oligo – i polisacharydów nazywaną inwersją, proces odwrotny (rewersja) oraz reakcje
dehydratacji.

Przebieg i szybkość procesu hydrolizy zależą przede wszystkim od kwasowości

środowiska i temperatury.

W roztworach o dużej kwasowości równolegle z hydroliza przebiega proces odwrotny:

cząsteczki monosacharydów łączą się i powstają oligosacharydy. Z glukozy, w takich
warunkach, może utworzyć się szereg di- i oligosacharydów, przy czym głównymi
produktami reakcji są izomaltoza i gencjobioza.

Ogrzewanie monosacharydów w słabo kwaśnym środowisku prowadzi do powstania

pochodnych furanu

W wyniku dehydratacji z pentoz tworzy się furfural, a z heksoz 5-

hydroksymetylofufural. W obydwu przypadkach odszczepiają się trzy cząsteczki wody

[zdjęcie struktury β-cyklodekstryny]

Dlaczego modyfikujemy skrobię???



ograniczona rozpuszczalność w wodzie



mała stabilność termiczna



niska odporność na zmiany pH środowiska



mała odporność na działanie sił mechanicznych



niekorzystne cechy reologiczne kleików i żeli



retrogradacja i mętnienie kleików i żeli



synereza żeli



mała stabilność w cyklach zamrażalniczych

Cechy skrobie ulegające modyfikacjom:



struktura, ziarnistość i krystaliczność



rozpuszczalność i zdolność wiązania wody



parametry charakterystyki klepkowania



właściwości reologiczne kleików i żeli



podatność na retrogradację



zdolności teksturotwórcze, emulgujące, zagęszczające



zdolność do tworzenia błon



przezroczystość kleików



adhezyjność żeli



reaktywność chemiczna

[zdjęcie, graf Modyfikacja skrobi]

Są jeszcze metody kombinowane.

Skrobie modyfikowane jako dodatek do żywności

(w Polsce):



skrobia utleniona (E 1404)



fosforan monoskrobiowy (E 1410)



fosforan diskrobiowy (E1412)



fosforanowy fosforan diskrobiowy (E1413)



acetylowany fosforan diskrobiowy (E1414)



skrobia acetylowana (E1420)



acetylowany adypinian diskrobiowy (E1422)



hydroksypropylskrobia (E1440)



hydroksypropylfosforan diskrobiowy (E1442)



sól sodowa oktenylobursztynianu skrobiowego (E1450)



acetylowana skrobia utleniona (E1451)

Rozporządzenie ministra zdrowia z 23.04.2004r. w sprawie dozwolonych substancji
dodatkowych i substancji pomagających w żywności.

Reaktywność chemiczna skrobi



zupy, sosy warzywne, ketchupy, sosy sałatkowe



nadzienia i kremy cukiernicze, desery błyskawiczne



jogurty smakowe i termizowane



przetwory mrożone



odżywki dal dzieci



potrawy rybne, wyroby garmażeryjnne

Inne estry skrobi

[zdjęcie, te skrobie są niestosowane w żywności]

Skrobie utlenione

 proces utleniania skrobi sprowadza się do utleniania pierwszo- lub drugorzędowych

grup hydroksylowych jednostek glukozowych z wytworzeniem grup karboksylowych
lub karbonylowych

 reakcji utleniania może towarzyszyć częściowa depolimeryzacja łańcuchów

polimerowych lub.oraz rozluźnienie wiązań międzycząsteczkowych

 Stosowane utleniacze:

o tlen lub powietrze (+katalizatory na bazie jonów metali przejściowych)
o nadtlenki nieorganiczne np. H2O2 lub organiczne
o

utleniacze na bazie związków chlorowców

Skrobia utleniona chloranem (I) sodu (E1404)