CHEMIA ŻYWNOŚCI
Zaliczenie: ćwiczenia + wykłady
Literatura: prof. Sikorski, „Chemia żywności”
WODA JAKO SKŁADNIK ŻYWNOŚCI 6.10.2008
WODA
Najważniejszy związek chemiczny na naszej planecie
Jedyna substancja występująca w 3 stanach skupienia
Zajmuje około 70% powierzchni Ziemi
Jest głównym składnikiem wszystkich organizmów żywych
Jest bardzo reaktywnym związkiem chemicznym
Jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem i czynnikiem dyspergującym
Rozpuszcza sole nieorganiczne i związki organiczne zawierające grupy hydrofilowe
Wymusza asocjacje hydrofobowe
Powoduje pęcznienie większości hydrofilowych związków wielkocząsteczkowych
Rola wody:
Ze względu na ilość, jak i właściwości różniące ją od innych składników woda wpływa na właściwości żywności:
Fizyczne
Biologiczne
Chemiczne
Bez wody niemożliwe jest działanie enzymów i rozwój drobnoustrojów
Od jej obecności zależy transport i wchłanianie składników pokarmowych, przemiany metaboliczne i wydalanie produktów tej przemiany
Wpływ na stan równowagi dynamicznej ciśnienia osmotycznego w komórce
Fizykochemiczne właściwości wody:
Krystalizuje w temperaturze 0 st.C
Wrzenie w temperaturze 100 st. C pod normalnym ciśnieniem
Wzrost gęstości przy zmianie temperatury od 0 do +4 st. C
Duże wartości stałej dielektrycznej (około 80) i napięcia powierzchniowego
Niskie ciepło topnienia 333 kJ/mol
Wysokie ciepło parowania 2260 kJ/mol
Zdolność rozpuszczania wielu substancji i uwadniania polimerów naturalnych
Wpływ wody na:
Cechy fizyczne
Konsystencję
Strukturę
Inne cechy fizyczne i fizykochemiczne surowców, półproduktów i gotowych produktów spożywczych
Szybkość przebiegania wielu reakcji chemicznych (np. hydroliza - niezbędna)
Struktura wody
2 atomy wodoru, połączone z 1 atomem tlenu wiązaniem kowalencyjnym, kąt pomiędzy wiązaniami około 104o
Masa cząsteczkowa mała
Małe rozmiary w porównaniu z rozmiarami cząsteczek związków organicznych wchodzących w skład produktów spożywczych powodują łatwe wnikanie wody między cząsteczki innych związków, np. sacharydów, aminokwasów, polipeptydów, białek itp.
Elektrycznie obojętna (liczba protonów równa liczbie elektronów) i polarna, ponieważ podział elektronów tworzących wiązanie kowalencyjne między tlenem i wodorami jest asymetryczny (tlen, jako pierwiastek bardziej elektroujemny bardziej przyciąga elektrony, wobec czego na nim następuje cząstkowy ładunek ujemny, a na wodorach dodatni - cząsteczka ma charakter dipola)
Struktura wody i lodu
Gęstość wody = 1g/cm3, natomiast gęstość lodu = 0,92 g/cm3
Obniżanie temperatury wody powoduje porządkowanie struktury i powstawanie siatki heksagonalnej stabilizowanej przez wiązania wodorowe
Hydratacja
Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem jonów. W polu elektrycznym kationów i anionów układają się wodne dipole, odpowiednio do ładunku jonów. Podobnie uwadniane są grupy elektrycznie naładowane, występujące w cząsteczkach organicznych, np. karboksylowe, fosforanowe, amonowe, hydroksylowe
Im większy jest udział polarnych grup funkcyjnych w cząsteczce, tym większa hydrofilowość (rozpuszczalność), np. grupy karboksylowe, fosforanowe, amonowe, hydroksylowe, karbonylowe, aminowe, wiązania peptydowe itp.
Cząsteczki, które wyłącznie lub przeważnie składają się z części węglowodorowych, rozpuszczają się w mniejszym stopniu, lub w ogóle (oddziaływania hydrofobowe), np. likopen (pomidory), skwalen (tłuszcz z wątroby rekina głębinowego, oleje roślinne [w mniejszym stopniu])
Pojęcie zawartości wody w produktach
Zawartość wody w produktach spożywczych określa się w procentach w stosunku do masy całego wilgotnego produktu przyjętej za 100%, albo w % suchej substancji (s.s) produktu
Wewnątrz komórek żywych istnieją 3 rodzaje wody
O właściwościach zwykłej wody czystej
Związana z różnymi grupami funkcyjnymi makrocząsteczek
Niezwiązana z grupami funkcyjnymi, ale znajdująca się pod silnym wpływem makrocząsteczek; jest to frakcja wody otaczająca głównie elementy strukturalne komórek
Podstawowe formy wody występujące w żywych tkankach
Woda wolna - woda wykazująca prężności pary równe prężności pary czystej wody, stanowi ona większą część wody zawartej w żywności nieprzetworzonej lub przetworzonej
Związana - obniżona aktywność i dostępność, (obserwuje się przy obniżaniu zawartości wody poniżej 50%)
Rodzaje wody w żywności
Woda strukturalna (krystaliczna, związana chemicznie) (poniżej 0,03%) jest integralną częścią składników niewodnych, ulokowana w wolnych przestrzeniach makrocząsteczek lub związana w postaci wodzianów
Woda związana w postaci monowarstwy (0,1 - 0,9%) - silnie oddziaływuje z grupami polarnymi i zjonizowanymi składnikami niewodnymi
Woda związana w dalszych kilku warstwach (1-5%) o strukturze uporządkowanej wokół hydrofilowych grup składników niewodnych
Woda niezwiązana (wolna) (5-96%) o właściwościach zbliżonych do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli powiązana siecią wzajemnych wiązań wodorowych, ruchliwa
Woda uwięziona (5-96%) - o właściwościach wody wolnej, ale uwięziona w niewypełnionych przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach, przez co jej przepływ jest utrudniony
Definicje aktywności wody
Stosunek prężności pary wodnej nad badaną próbką do prężności pary nad czystą wodą w tej samej temperaturze, (p/po = n2/(n1+ n2), gdzie n1, n2 - stężenia molowe; p - prężność pary nad badaną próbką, po - prężność pary nad czystą wodą
Inaczej: odpowiada równowagowej wilgotności względnej, przy której produkt ani nie zyskuje, ani nie traci wilgoci
Jest miarą zawartości wody wolnej w danym materiale, umożliwia więc określenie intensywności, z jaką woda asocjuje z różnymi niewodnymi składnikami
Woda związana jest najmniej dostępna
Od aktywności wody zależy przebieg wielu ważnych reakcji chemicznych i biochemicznych, a także rozwój drobnoustrojów
Aktywność wody może przyjąć praktycznie wartości 0,1-1
Żywność o strukturze tkankowej (warzywa, mięso, ryby itp.) - aw >0,98
Koncentraty spożywcze - aw < 0,6
Żywność o wilgotności pośredniej - aw 0,6 - 0,9
Aktywność wody a trwałość żywności
Rozwój mikroflory
Wpływ na konformację białek enzymatycznych, decyduje o aktywności i zdolnościach katalitycznych enzymów
Dla przebiegu reakcji hydrolizy aw min. 0,3
Wartość aw < 0,8 - nie działają amylazy, fenylooksydazy, peroksydazy
Niektóre reakcje nieenzymatyczne zachodzą z maksymalną szybkością, przy średnich aktywnościach wody (reakcje Maillarda)
Jak aktywność wody wpływa na przebieg reakcji utleniania?
Woda może sprzyjać reakcjom utleniania ze względu na rozpuszczalność jonów metali uczestniczących w reakcjach (np. jony Fe)
Rozpuszczalność białek i ich dostępność dla lipidów
Może ograniczać procesy utleniania:
Utrudnianie dyfuzji tlenu do miejsc reakcji
Obniżanie stężenia jonów metali
Wiązanie produktów pośrednich autooksydacji lipidów
Przemiany fizyczne związane z aktywnością wody i mające wpływ na jakość i trwałość żywności:
Krystalizacja - krystalizacji ulegają przede wszystkim sacharydy (aw = 0,3 - 0,5)
Woda uwalniana w procesach krystalizacji powoduje:
Utracenie kruchości wyrobów piekarniczych
Zbrylanie produktów suszonych
Przyspieszenie reakcji chemicznych
Rozpuszczalność niektórych składników żywności
Zmiany mikrobiologiczne, fizyczne, biochemiczne w żywności można ograniczyć poprzez
Zmniejszenie zawartości wody lub przeprowadzenie wody wolnej w wodę związaną niedostępną dla przemian obniżających jakość żywności
Suszenie
Wędzenie
Zamrażanie
Dodawanie substancji obniżających aktywność wody (np. NaCl, sacharoza)
JAKOŚĆ WODY PITNEJ 13.10.2008
Woda pitna i przeznaczona na cele gospodarcze musi być:
Bezpieczna pod względem sanitarnym i zdrowotnym
Wykazywać odpowiednie cechy sensoryczne
W myśl przepisów nie powinna zawierać drobnoustrojów chorobotwórczych, pasożytów ani innych żywych organizmów w ilościach niebezpiecznych dla zdrowia
Nie powinna zawierać
Zanieczyszczeń chemicznych
Lub substancji naturalnego pochodzenia w ilościach zagrażających zdrowiu człowieka
Żadnych substancji w ilościach wpływających na smak, zapach, barwę, mętność
Oraz widocznych zanieczyszczeń stałych
Zalecenia WHO dotyczące wody pitnej obejmują następujące wskaźniki
Bakteriologiczne
Substancje chemiczne o zdrowotnym znaczeniu (organiczne i nieorganiczne)
Ksenobiotyki - wytwarzane na drodze syntezy chemicznej (pestycydy, nawozy sztuczne)
Składniki radioaktywne
Substancje chemiczne niemające wpływu na zdrowie w stężeniach normalnie występujących w wodzie
Substancje i wskaźniki, które nie mają znaczenia zdrowotnego, ale mogą obniżać jakość sensoryczną wody
Jakość wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi określa obecnie Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r.
Rozporządzenie to określa
Wymagania dotyczące jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, w tym wymagania bakteriologiczne, fizykochemiczne i sensoryczne
Sposób oceny przydatności wody
Minimalną częstotliwość badań i miejsca pobierania próbek wody do badań
Zakres badania
Program monitoringu jakości wody
Sposób nadzoru nad materiałami i wyrobami stosowanymi w procesach uzdatniania i dystrybucji wody
Sposób nadzoru nad laboratoriami wykonującymi badania jakości wody
Sposób informowania konsumentów o jakości wody
Kontrole nad jakością wody pitnej sprawuje Główny Inspektor Sanitarny i podlegające mu jednostki Sanepidu. Wewnętrzną kontrolę jakości wody sprawują przedsiębiorstwa wodno - kanalizacyjne
Jakość wody podlega kontroli, jeśli
Pobierana jest z urządzeń i instalacji wodociągowych
Pobierana jest z indywidualnych ujęć zaopatrujących ponad 50 osób lub dostarczających więcej niż 10 m3 wody na dobę
Pobierana jest z indywidualnych ujęć, bez względu na ilość dostarczanej wody, jeżeli woda ta służy do działalności handlowej lub publicznej
Pobierana jest z cystern lub zbiorników
Ocenę przydatności wody do picia przeprowadzają przedsiębiorstwa wodociągowo - kanalizacyjne w ramach kontroli wewnętrznej w zakresie parametrów objętych monitoringiem kontrolnym i przeglądowym
Monitoring kontrolny - służy sprawowaniu bieżącego nadzoru sanitarnego nad jakością wody przez regularne badanie wody i przekazywanie informacji o jej jakości
Fizyczne i sensoryczne parametry objęte monitoringiem kontrolnym
Barwa
Mętność
PH 6,5 - 9,5
Przewodność
Zapach
Smak
Chemiczne parametry objęte monitoringiem kontrolnym
Jon amonowy
Azotany (V) i (III)
Chlor wolny
Suma chloranów i chlorynów
Glin
Mangan i żelazo (woda pochodząca z ujęć podziemnych)
Mikrobiologiczne parametry objęte monitoringiem kontrolnym
E. Coli
Enterokoki
Bakterie z grupy coli
Clostridium perfringens łącznie ze sporami
Monitoring przeglądowy - stanowi rozszerzenie monitoringu kontrolnego i służy dostarczeniu informacji niezbędnej do oceny, czy przestrzegane są wymagania określone w załącznikach nr 1-3 do rozporządzenia oraz spełnione parametry dopuszczalnych zawartości
Chloru wolnego
Sumy chloranów (III) i (V)
Ozonu
(Jeśli woda jest dezynfekowana jednym z tych związków)
Wymagania chemiczne, jakim powinna odpowiadać woda, monitoring kontrolny i przeglądowy - wybrane parametry
Związki organiczne
Akryloamid
Benzen
Benzopiren
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (w mikrogramach)
Związki nieorganiczne
Arsen
Azotany/azotyny (Azotany 50 mg/l, azotyny 0,50 mg/l)
Chrom (RAKOTWÓRCZY, nie należy używać suplementów diety zawierających chrom!!!)
Cyjanki
Kadm
Miedź
Nikiel
Ołów
Rtęć
Wymagania mikrobiologiczne
|
Najwyższa dopuszczalna wartość parametru w próbce wody |
||
Lp |
Parametr |
Jtk |
Objętość próbki (ml) |
1 |
Bakterie z grupy coli |
0 |
100 |
2 |
Ogólna liczba mikroorganizmów w 36 +/-2 st.C po 48h |
50 |
1 |
3 |
Ogólna liczba mikroorganizmów w 22 +/- 2st.C po 72h |
100 |
1 |
4 |
Clostridium perfringens |
0 |
100 |
Wymagania sensoryczne i fizykochemiczne wybranych parametrów
Parametr |
Dopuszczalny zakres wartości |
Chlorki |
250 mg/l |
Glin |
0,2 mg/l |
Ogólny węgiel organiczny |
5 mg/l |
Utlenialność z KMnO4 |
5 mg/l |
Smak i zapach |
Akceptowalna |
Żelazo |
0,2 mg/l |
Wymagania radiologiczne
Parametr |
Dopuszczalne zakresy wartości |
Tryt |
100 Bq/l |
Całkowita dopuszczalna dawka |
0,1 mSv/rok |
LIPIDY - DEFINICJA, KLASYFIKACJA, KWASY TŁUSZCZOWE 20.10.2008
Definicja: Lipidy to związki organiczne, które rozpuszczalne są w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak chloroform, eter, benzen i nierozpuszczalne w wodzie; w swojej strukturze zawierają grupy CH
Tak sformułowana definicja lipidów nie powinna być interpretowana zbyt rygorystycznie, aby nie wykluczyć wielu związków, które niewątpliwie do lipidów należą
Np. lecytyna jest częściowo rozpuszczalna w wodzie, natomiast nie rozpuszcza się w acetonie
Kwas masłowy jest nieograniczenie rozpuszczalny w wodzie (aby przedłużyć świeżość masła, trzyma się je w wodzie - rozpuszcza się w niej kwas masłowy, który jest wskaźnikiem zepsucia masła)
LIPIDY A TŁUSZCZE
Tłuszcze naturalne są wieloskładnikową mieszaniną różnych lipidów, w których triacyloglicerole są podstawowym, ale nie jedynym składnikiem
Terminu „tłuszcz” nie należy więc przyjmować jako synonimu triacylogliceroli, co często jest praktykowane w literaturze biochemii
LIPIDY:
Proste
Złożone
Proste:
Acyloglicerole (np. TAG)
Estry kwasów tłuszczowych z alkoholami wyższymi od glicerolu (woski)
Złożone
Fosfolipidy, glikolipidy (zawierające dodatkowe grupy)
Inne związki zaliczane do lipidów:
Izoprenoidy, np. karotenoidy
Sterole
Witaminy E,D,K
Polarności lipidów
Niepolarne
Alkohole tłuszczowe (C6-C26)
Węglowodory C15-C33, np. skwalen
Woski
Sterole, np. cholesterol, lanosterol, fitosterol
Tokoferole i tokotrienole
Triacyloglicerole
Polarne
Fosfolipidy
Glikolipidy
Proteolipidy
Sfingomielina (występuje w mózgu, buduje tkankę nerwową)
Fosfatydyloseryna
Sulfolipidy
Monoacyloglicerole
Diacyloglicerole Wzrost polarności
Sterole
Triacyloglicerole
Aldehydy
Węglowodory
Kwasy tłuszczowe
Nazwa ta oznacza każdy alifatyczny kwas monokarboksylowy, który może być uwolniony w reakcji hydrolizy z naturalnie występujących tłuszczów
Nomenklatura:
Powszechnie stosowane są nazwy zwyczajowe, które najczęściej odnoszą się do naturalnego źródła ich odkrycia, np. kwas laurynowy po raz pierwszy był wyizolowany z tłuszczu nasion z rodziny Lauraceae, kwas palmitynowy - Z rodziny Palmae, kwas mirystynowy - z rodziny Myristicaceae
Nazwy systematyczne, powstałe z wykorzystaniem nomenklatury zaproponowanej przez IUPAC określają
Długość łańcucha węglowodorowego
Pozycję, rodzaj i konfigurację nienasyconego wiązania
Pozycję i rodzaj podstawnika
Nazwy kwasów wyprowadza się od nazw odpowiednich węglowodorów
Kwasy nasycone o prostym łańcuchu nazywane są n-alkanowymi. W ich przypadku do nazwy rdzenia macierzystego węglowodoru (nazwa łacińska oznacza liczbę atomów węgla w cząsteczce) do daje się końcówkę -owy, a całość poprzedza słowem „kwas” np. kwas dekanowy
Systematyczne nazwy kwasów nienasyconych pochodzą od węglowodorów nienasyconych, np. kwas oktadekenowy
Liczbę podwójnych wiązań określa się liczebnikami di-, tri-, tetra- itd. Wprowadzanymi do nazwy
Do wskazania położenia nienasyconego wiązania ogólnie stosuje się system numeryczny, np. kwas 9,12,15-oktadekatrienowy
Atomy węgla numerujemy od węgla w grupie karboksylowej
Czasami jest celowe np. dyskutując problemy biosyntezy i metabolizmu kwasów tłuszczowych określenie położenia podwójnych wiązań względem terminalnej grupy CH3, a nie grupy karboksylowej
Jeżeli n oznacza liczbę atomów węgla w łańcuchu (nr węgla grupy CH3), a x pozycję niższą podwójnego wiązania (od strony CH3) to jego pozycja może być określona jako (n-x). Np. położenie podwójnych wiązań w kwasie oleinowym określa się jako (18-9) czyli (n-9)
Przykłady stosowania nomenklatury:
CH3(CH2)4CH=CH-CH2-CH=CH(CH2)7-COOH
Kwas linolowy
Kwas oktadeka-9-cis,12-cis-dienowy
Kwas 9-cis,12-cis-oktadekadienowy
Kwas 18:2 (9c,12c)
Często w odniesieniu do kwasów tłuszczowych stosuje się nomenklaturę skrótową, używając liczb i symboli do określenia ich struktury
Symbol 16:0 oznacza kwas 16-węglowy prostołańcuchowy nie zawierający wiązań podwójnych
Poszerzona symbolika np. 18:1 (9c) albo 18:1 (9t) oznacza, że jest to kwas 18-węglowy prostołańcuchowy, zawierający 1 wiązanie podwójne przy C-9, o konfiguracji cis lub trans (c lub t)
18:1 (9c) - kwas oleinowy
18:1 (9t) - kwas elaidynowy - niekorzystny
Kwasy tłuszczowe nasycone
Kwas laurynowy C12:0 i mirystynowy C14:0 występują głównie w olejach
Kokosowym (odpowiednio 45-50% i 15-19%)
Z ziarn palmowych (45-55% i 15-18%)
Kwas palmitynowy (16:0) jest głównym kwasem nasyconym w większości olejów
W oleju bawełnianym 22-27%
W oleju palmowym 35-45%
Tłuszcz mleczny 20-30%
Oleje rybne 12-20%
Kwas stearynowy - tłuszcz zapasowy przeżuwaczy (łój wołowy 15-30%), masło kakaowe (około 35%)
Długo się trawi, źródło energii dla osób wykonujących długotrwały wysiłek
Kwasy tłuszczowe o krótkich łańcuchach (C4-C10) np. masłowy, kapronowy, kaprylowy, kaprynowy, występujące w tłuszczach mlecznych przeżuwaczy
Zaleta kwasów tłuszczowych nasyconych: odporne na temperaturę, dzięki czemu mogą służyć do produkcji tłuszczy smażalniczych itp. (nie powstają produkty oksydacji lipidów)
Kwasy tłuszczowe nienasycone
Monoenowe; naturalne kwasy monoenowe najczęściej mają strukturę n-9 oraz konfigurację cis
Kwas oleinowy 18:1 c
Kwas elaidynowy 18:1 t Katalityczne uwodornienie
Kwasy tłuszczowe o konfiguracji trans w naturze występują rzadko (np. tłuszcz mleczny)
Kwasy monoenowe o długich łańcuchach C20:1 i C22:1 obecne są w tłuszczach zwierząt morskich
Oleje zawierające stosunkowo dużo kwasu
Oleinowego:
Oliwa z oliwek (75%)
Olej palmowy (39%)
Olej rzepakowy (50-55%)
Olej słonecznikowy (20%)
Linolowego
Olej słonecznikowy (około 70%)
Olej sojowy (50%)
Olej rzepakowy (ok. 20%)
Kwas alfa-linolenowy C18:3 charakterystyczny dla oleju lnianego, występuje w ilości około 30% i rzepakowego (około 10%)
Kwas alfa-linolenowy niezwykle podatny na utlenianie
KWASY TŁUSZCZOWE POLIENOWE 27.10.2008
Naturalnie występujące kwasy polienowe zawierają 2-6 podwójnych wiązań przeważnie w konfiguracji cis, ułożonych w ten sposób, że każda para jest przedzielona jedną grupą metylenową (-CH=CH-CH2-CH=CH-) tak jak w kwasie linolowym lub arachidonowym
Ze względu na strukturę łańcucha między terminalną grupą metylową, a najbliższym względem niej podwójnym wiązaniem, polienowe kwasy tłuszczowe dzieli się na rodziny kwasów n-9, n-6, n-3
Niektóre z kwasów n-6 i n-3 (omega-6 i omega-3) należą do NNKT
Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe (NNKT)
Polienowe kwasy tłuszczowe mające właściwości NNKT należą do dwóch rodzin kwasów:
Kwasu linolowego (C18:2 n-6) i
Kwasu alfa-linolenowego (C18:3 n-3)
Niezbędność kwasów linolowego i linolenowego wynika stąd, że organizm człowieka nie może ich wytworzyć
Kwasy tłuszczowe n-6 (omega-6 |
Kwasy tłuszczowe n-3 (omega-3) |
||
Nazwa zwyczajowa |
Struktura |
Nazwa zwyczajowa |
Struktura |
Linolowy Gamma-linolenowy - Arachidonowy |
18:2 (9,12) 18:3 (6,9,12) 20:3 (8,11,14) 20:4 (5,8,11,14) |
Alfa-linolenowy - EPA Ikozapentaenowy Klupanodonowy - DHA Dokozaheksaenowy |
18:3 (9,12,15) 18:4 (6,9,12,15) 20:5 (5,8,11,14,17) 22:6 (4,7,10,13,16,19) |
Kwasy z rodziny n-6 wykazują większą aktywność biologiczną niż kwasy z rodziny n-3 (stąd dawniej tych drugich nie zaliczano do NNKT)
Bardzo ważną rolę odgrywa z rodziny n-6 kwas arachidonowy jako prekursor ikozanoidów (eikozanoidów), związków o bardzo dużej aktywności fizjologicznej i farmakologicznej: prostaglandyn, tromboksanów i leukotrienów. Kwas ten powstaje w wyniku przemiany kwasu linolowego polegającej na odwodornieniu (desaturazy) cząsteczki zachodzącym na przemian z wydłużaniem łańcucha (elongazy)
18:2(9,12) (-2H)18:3(6,9,12) (+2C)20:3(8,11,14) (-2H)20:4(5,8,11,14) (+2C)22:4(7,10,13,16) (-2H)22:5(4,7,10,13,16)
Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe
NNKT są konieczne do budowy błon komórkowych i zapewnienia prawidłowej ich funkcji
Potrzebne do prawidłowego transportu lipidów we krwi, zwłaszcza pełnią istotną rolę w transporcie cholesterolu, powodując obniżenie jego zawartości we krwi
Wykazują zdolność hamowania procesu agregacji płytek krwi, w związku z czym zapobiegają powstawaniu zakrzepów naczyniowych
Zapobiegają nadciśnieniu tętniczemu krwi, prawdopodobnie w wyniku zwiększonego wydzielania jonu sodowego z moczem oraz rozszerzania naczyń tętniczych
Zwiększają przepływ krwi przez naczynia wieńcowe serca i tym samym zwiększają siłę skurczu mięśnia sercowego
Należy zwiększyć spożycie tych kwasów, w szczególności kwasów omega-3 u dzieci, młodzieży, kobiet w ciąży i u osób w podeszłym wieku
Klasy lipidów w rybach
Triacyloglicerole 50-88%
Fosfolipidy 11-39%
Cholesterol 4-9%
Gatunek ryby |
Zawartość tłuszczu |
Zawartość KT n-3 |
|
|
|
EPA |
DHA |
Śledź
Makrela |
7-8%
30% |
7%
6% |
15%
14% |
Prozdrowotna rola kwasów z rodziny omega-3
Swoiste działanie w procesach ośrodkowego układu nerwowego
Wpływa na prawidłowe funkcjonowanie narządu wzroku (siatkówka oka)
Bilans kwasów tłuszczowych n-6/n-3
W związku z występowaniem kwasu linolowego we wszystkich olejach, szczególnie w słonecznikowym i rzepakowym, nie ma deficytów związanych z jego spożyciem, natomiast obserwuje się zbyt wysokie spożycie tego kwasu. Nienasycone kwasy tłuszczowe n-3 i n-6 są niezbędne, ale w pewnej równowadze:
Powinno być: n-6/n-3 3:1 do 5:1
Obecnie
N-6 wysokie spożycie (soja, słonecznik, kukurydza)
N-3 niedobór (ryby, rzepak)
Jest n-6/n-3 10-20:1
SKŁAD I WŁAŚCIWOŚCI TŁUSZCZU MLECZNEGO
Klasy lipidów w tłuszczu mlecznym:
Triacyloglicerole 97-98%
Fosfolipidy 0,1-1%
Sterole 0,2-0,4%
Kwasy tłuszczowe tłuszczu mlecznego
Kwasy krótko i średniołańcuchowe (C4-C12)
Powstają w wyniku biosyntezy w żwaczu (w naturalnych tłuszczach roślinnych nie występują, wj. olej kokosowy i z ziaren palmowych)
Kwas masłowy C4 3,4 - 3,6% - doskonały wskaźnik zepsucia, przy stężeniu powyżej 4,4% gorzkawy smak
Kwas kapronowy C6 2,5%
Kwas kaprynowy C10 2,6 - 3,4%
Kwas laurynowy C12 3,2 - 4%
Rola kwasów nasyconych krótko i średniołańcuchowych C4-C12
W organizmie ludzkim C4-C12 KT wykorzystywane są jako paliwo energetyczne dla mięśni, serca, wątroby, nerek
Wykorzystywane do utrzymywania stałej temperatury ciała, stąd nie stanowią ryzyka otyłości
Silne działanie przeciwgrzybicze i przeciwbakteryjne
Przykłady bakterii inaktywowanych: Listeria monocytogenes, Helicobacter pylori, Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactis
Kwasy długołańcuchowe nasycone
Kwas palmitynowy C16:0 25-32% - aterogenny, generuje przyrost blaszki miażdżycowej
Kwas stearynowy C18:0 8,5 - 13%
Kwas mirystynowy C14 11-12%
Kwasy nienasycone
Kwas oleinowy C18:1 cis 18-24%
Kwas wakcenowy C18:1 trans 0,75 - 4,5%
Kwas linolowy C18:2 (n-6) 0,8 - 2%
Kwas linolenowy C18:3 (n-3) 0,2 - 0,6%
SKŁAD I WŁAŚCIWOŚCI TŁUSZCZU MLECZNEGO 3.11.2008
Kwas wakcenowy
Powstaje w żwaczu krowy w reakcji biowodorowania
C18:1 11t (trans) 0,75-4,5%
Działanie przeciwnowotworowe
Izomery cis i trans kwasu wakcenowego istotnie spowalniają wzrost komórek nowotworowych, jednak forma trans wykazuje dwukrotnie wyższą siłę hamowania, niż forma cis
Jego zawartość zależy od rasy, sezonu żywienia, (pastwisko - wyższe zawartości)
Substratem do powstawania kwasu wakcenowego są nienasycone kwasy tłuszczowe, spożyte z paszą: linolowy, alfa-linolenowy i gamma-linolenowy obecne w ziarnach dojrzałych traw
Główne szlaki biowodorowania nienasyconych kwasów tłuszczowych ALA i LA w żwaczu krowy
Proces wytwarzania kwasu wakcenowego jest katalizowany trans-izomerazami wytwarzanymi przez bakterie Butyrivibrio fibrisolvens
Sprzężony kwas linolowy - CLA
Terminem Sprzężony kwas linolowy (Conjugated Linoleic Acid, CLA) określa się grupę pozycyjnych i geometrycznych izomerów kwasu linolowego (C18:2), w których dwa wiązania podwójne są oddzielone jednym wiązaniem pojedynczym
Nazywany również kwasem rumenowym
Został wykryty w 1985 roku przez grupę Pareza (University of Wisconsin) w mięsie wołowym
Występuje wyłącznie w tłuszczu mlecznym (2,9 - 15,3 mg/g tłuszczu) oraz w mięsie przeżuwaczy (3-8,5 mg/g)
W największych ilościach w tłuszczach przeżuwaczy występuje kwas C18:2, 9cis 11trans, który w tłuszczu mleka stanowi około 73-93%
W innych izomerach CLA wiązania podwójne mogą występować przy węglach 10 i 12; 11 i 13; 7 i 9; 8 i 10
Powstawanie CLA
CLA jest wytwarzany w żwaczu przeżuwaczy przez gatunek bakterii beztlenowych o nazwie Butyrivibrio fibrisolvens
Bakterie te w cytoplazmie mają specyficzne enzymy: izomerazy, hydratazy, hydrogenazy kwasu linolowego, kwasu linolenowego i kwasów mononienasyconych, które pozwalają na przeprowadzenie procesu biologicznego uwodorowania
Organizmy monogastryczne mogą również produkować CLA. Badania wykazały obecność bakterii Butyrivibrio fibrisolvens w kale człowieka. Jednak ilość produkowanego przez człowieka CLA jest nieistotna
Głównym źródłem CLA w mleku jest jego endogenna synteza z kwasu 11trans C18:1 z udziałem enzymu delta9-desaturazy
W wyniku tej syntezy powstaje około 65% izomeru 9cis11trans kwasu linolowego
Reakcja desaturacji w organizmach żywych
C18:1 11t desaturacja delta9 C18:2 9c, 11t (czyli CLA)
Ochronne działanie CLA
Najbardziej aktywnym biologicznie izomerem CLA jest C18:2 (9c, 11t)
Przypuszczalnie mechanizm jego działania polega na miejscowej ochronie przed atakiem reaktywnych form tlenu na błony komórkowe
Inne korzystne działanie izomerów CLA:
Przeciwmiażdżycowe
Bakteriostatyczne
Immunomodelujące
CLA działa jako inhibitor na różnych etapach rozwoju nowotworów
W warunkach in vitro wykazuje właściwości cytotoksyczne w odniesieniu do ludzkich komórek nowotworowych - czerniaka, nowotworu okrężnicy, jajników, piersi i płuc
Nie poznano dotychczas mechanizmu przeciwnowotworowego CLA
Izomer C18:2 10t 12c hamuje syntezę TAG w preadypocytach
Uwaga z nadmiarem - hamuje wydzielanie insuliny
Zawartość CLA
Na zawartość CLA w tłuszczu mleka największy wpływ ma sposób żywienia krów. W mleku z okresu, w którym krowy są żywione na pastwisku, zawartość CLA jest 2-3 razy wyższa niż w mleku z okresu żywienia oborowego
Na poziom CLA w tłuszczu mleka wpływa także rasa krów, właściwości osobnicze, region produkcji mleka
Udział CLA w składzie kwasów tłuszczowych tłuszczu mleka można zwiększyć wzbogacając pasze krów w oleje ryb i oleje roślinne
Różnice pomiędzy izomerami trans KT w tłuszczach roślinnych i w tłuszczach przeżuwaczy
Tłuszcz zwierzęcy:
Powstają w żwaczu wskutek działania bakterii Butyrivibrio fibriosolvens wytwarzających transizomerazy powodujące izomeryzację nienasyconych KT
Zawartość izomerów trans w tłuszczu mlecznym wynosi od 0,8 do 5,2%
Tłuszcz roślinny
Powstają podczas uwodorniania ciekłych tłuszczów (temp 180C, KAT. Ni
Zawartość izomerów trans w tłuszczach częściowo uwodornionych nawet do 50%
W tłuszczu uwodornionym głównymi KT C18:1 trans są izomery pozycyjne:
6t, 7t, 8t (24%)
Udział izomerów 9t (kwas elaidynowy) - 17% i 10t - 16%
W tłuszczu mlecznym głównym izomerem C18:1 trans jest kwas VA C18:1 11t (kwas wakcenowy)
Udział w tłuszczu „zimowym” - 43%
Udział w tłuszczu „letnim” - 86%
W tłuszczu mlecznym głównym izomerem C18:1 cis jest naturalny kwas oleinowy C18:1 9c (18-24%)
Różnice w składzie izomerów pozycyjnych C18:1 między tłuszczem uwodornionym i tłuszczem mlecznym mają zasadniczo różny wpływ na fizjologiczną rolę tych izomerów w organizmie ludzkim
Znaczenie udziału kwasu VA C18:1 11t w tłuszczu mlecznym i w diecie człowieka polega na tym, że ze względu na prostołańcuchową strukturę VA jest rozpoznawany przez enzym desaturazę delta9 i może ulegać desaturacji delta9
Tłuszcz zawarty w mleku zawiera szereg bioaktywnych substancji
Mogą intensyfikować estryfikację i przemiany cholesterolu (fosfolipidy, WNKT omega-3 i omega-6 w optymalnych proporcjach, kwas oleinowy
W tłuszczu mlecznym proporcja omega-6 (głównie kwas linolowy) do omega-3 (głównie kwas linolenowy) wynosi 3:1 i jest optymalna dla zdrowia człowieka
Mogą zapobiegać utlenianiu cholesterolu (CLA, witamina A i D, alfa-tokoferol, fosfolipidy)
Mogą redukować poziom cholesterolu w osoczu krwi (CLA, kwas linolowy, kwas linolenowy, kwas oleinowy)
Występujące w tłuszczu mlecznym kwasy nienasycone o konfiguracji trans, a zwłaszcza kwas wakcenowy wykazuje działanie przeciwmiażdżycowe w przeciwieństwie do sztucznych izomerów
Badania wykazały, że kwas wakcenowy trans nie wykazuje związku z angiograficznym wskaźnikiem miażdżycy naczyń wieńcowych
Mleko i przetwory mleczarskie ze względu na zawartość witamin B12 i B6 oraz kwasu foliowego nie stanowią zagrożenia hiperhomocysteinemią
W regulacji ciśnienia tętniczego istotne są biologicznie aktywne peptydy oraz wapń zawarte w mleku
REAKCJE CHEMICZNE KT I ACYLOGLICEROLI 17.11.2008
Wzory:
Mono, di, triacyloglicerol
Synteza triacylogliceroli (glicerol + 3 KT triacyloglicerol + 3H2O)
Oznaczanie skrótowe (patrz niżej)
Reakcje chemiczne, którym ulegają acyloglicerole
Reakcje chemiczne zachodzące na grupie karboksylowej i estrowej
Reakcje chemiczne zachodzące na łańcuchu węglowodorowym
Reakcje autooksydacji
Lipidy nienasycone, w związku z występującymi w nich wiązaniami nienasyconymi, są niezwykle reaktywne
UTLENIANIE
Samoutlenianie lipidów może zachodzić jako autooksydacja albo utlenianie fotosensybilizowane.
Katalizatorem tego procesu (utlenianie fotosensybilizowane) są barwniki chlorofilowe i dlatego, aby przedłużyć trwałość olejów (np. rzepakowego - ogromna ilość chlorofilu), w procesie rafinacji należy pozbyć się tych barwników. Jednakże roślina posiada własny system antyoksydacyjny, w postaci polifenoli, tokoferoli, fitosteroli, tokotrienoli, chroniący przed autooksydacją lipidów. W związku z tym możliwa jest produkcja (pozyskiwanie) olejów typu Extra Virgin
Autooksydacja natomiast obejmuje przemiany lipidów nienasyconych, polegające na ich reakcji z tlenem atmosferycznym. Produkty tych przemian katalizują dalsze przemiany, procesy
Rozpoczęcie (inicjacja)
W tej fazie od nienasyconego substratu RH oderwany zostaje atom wodoru i powstaje wolny rodnik alkilowy R*. Do oderwania atomu wodoru konieczna jest obecność inicjatora (In)
In + RH InH + R*
Inicjatorem może być nie tylko tlen, ale też np. kation żelaza.
Mnożenie, czyli propagacja
W tym etapie wolne rodniki powstałe w wyniku inicjacji wchodzą w reakcję z tlenem i powstają rodniki nadtlenkowe ROO*
Rodniki te wychwytują wodór z innej cząsteczki kwasu tłuszczowego tworząc wodoronadtlenek ROOH, a grupa metylenowa, z której został oderwany atom wodoru, tworzy nowy rodnik R*, który reaguje z tlenem
Sprzęganie rodników R* + O2 ROO* (rodnik alkoksylowy - nadtlenkowy)
Przeniesienie atomu ROO* + RH ROOH + R*
Fragmentacja ROO* R* + O2
Powstały wodoronadtlenek jest związkiem bardzo labilnym i może się rozpadać z utworzeniem dwóch rodników (RO* i OH*). Każdy z nich reagując z cząsteczką substratu RH, powoduje powstanie nowych rodników R*, zapoczątkowując nowy łańcuch reakcji.
Zakończenie, czyli terminacja
Rozpoczyna się wskutek tworzenia się nierodnikowych produktów, które nie mogą inicjować i nie mogą propagować reakcji
Odtwarzanie węglowodoru R* + H* RH
Powstawanie hydroksypochodnych ROO* + HO* ROH + O2
ROOH + RO* ROH + ROO*
Powstawanie dimerów i polimerów R* + R* RR
RO* + RO* ROOR
ROO* + ROO* ROOR + O2
ROO* + R* ROOR
Proces samoutlenienia zależy od ilości nienasyconych wiązań. Porównując nienasycone kwasy oleinowy, linolowy i linolenowy, najintensywniej zachodzi w kwasie alfa-linolenowym, zawierającym 3 nienasycone wiązania.
W wyniku utleniania kwasów nienasyconych powstają różnorodne związki lotne, np. pochodne węglowodorów (estry, alkohole, ketony, laktony itd.).
Niezwykle istotne jest powstawanie związków toksycznych (akroleina, benzen, aldehyd dimalonowy - MDA). Te zwiazki należą do wtórnych produktów utlenienia
Wysoka temperatura podczas smażenia potraw jest czynnikiem katalizującym proces utleniania
Innym rodzajem przemian zachodzących podczas obróbki termicznej produktów tłuszczowych, bądź ich przechowywania, jest proces hydrolizy, w którym powstają wolne KT (ich zawartość mierzymy liczbą kwasową)
Reakcje chemiczne grupy karboksylowej i estrowej
Zmydlanie triacylogliceroli
R-COOH + NaOH RCOONa + H2O
RCOONa - sól sodowa kwasu tłuszczowego (mydło); sodowe - „twarde”, potasowe - „miękkie”
Produkty powstające w procesie autooksydacji lipidów są szkodliwe dla zdrowia.
Lotne produkty utleniania lipidów wpływają na pogorszenie smaku i zapachu.
W odróżnieniu od wyżej wymienionych, produkty zepsucia hydrolitycznego tłuszczów nie są szkodliwe dla zdrowia
REAKCJE CHEMICZNE ACYLOGLICEROLI
WĘGLOWODANY 24.11.2008
Reakcje chemiczne grupy karboksylowej i estrowej
Reakcje estryfikacji - uzyskuje się w reakcjach grupy karboksylowej lub acylowej z alkoholem
Reakcja estru z alkoholem - alkoholiza
Reakcja estru z kwasem - acydoliza
Reakcja estru z innym estrem - reakcja interestryfikacji (przeestryfikowania)
W technologii tłuszczów jadalnych znaczenie mają przede wszystkim reakcje przeestryfikowania, natomiast w analityce lipidów stosuje się alkoholizę i acydolizę. Stosuje się je w celu uzyskania estrów metylowych kwasów tłuszczowych do celów chromatograficznych. W tych reakcjach konieczny jest katalizator, np. H2SO4, HCl, BF3
Reakcja alkoholizy - stosowana jest również do uzyskiwania niepełnych acylogliceroli, np. emulgatory jako dodatki dożywności
Metanoliza
Gliceroliza Do otrzymywania emulgatorów
R1COOR2 + CH3OH R1COOCH3 + R2OH
Triacyloglicerol + glicerol monoacyloglicerol + diacyloglicerol (stopień przebiegu reakcji zależy od ilości dodanego glicerolu)
Acydoliza - obejmuje wzajemne oddziaływania estrów z kwasami karboksylowymi w obecności katalizatora (zwykle H2SO4)
R1COOR2 + R3COOH R3COOR2 + R1COOH (może być jeszcze stosowana do zastąpienia kwasów C:16 i C:18 kwasem C:12
Reakcja interestryfikacji - ma największe znaczenie technologiczne, za pomocą niej można dokonać zmiany sposobu rozkładu kwasów tłuszczowych w TAG, uzyskując tłuszcze zmodyfikowane o pożądanym zakresie temperatury topnienia i właściwościach krystalizacyjnych. (Ok. 70C, kat NaOH - warunki reakcji)
W trakcie przeestryfikowania następuje zmiana pozycji acylowych zarówno wewnątrz triacyloglicerolu (przeestryfikowanie wewnątrzcząsteczkowe), jak i między różnymi cząsteczkami (przeestryfikowanie międzycząsteczkowe)
W wyniku procesu zmieniają się przede wszystkim właściwości fizyczne tłuszczów, natomiast nie zmienia się skład kwasów tłuszczowych
Proces przeestryfikowania może być stosowany do
Mieszaniny różnych tłuszczów. W wyniku przeestryfikowania bardzo twardych tłuszczów zwierzęcych (o małej wartości żywieniowej) z ciekłymi olejami można uzyskać nowe tłuszcze o pożądanych właściwościach
Uzyskiwania wysokowartościowych tłuszczów plastycznych (aby miały odpowiednie właściwości reologiczne - smarowalność i zawierały np. kwasy omega 3, aby je wprowadzić i nie zniszczyć)
Produkcji margaryn
Produkcji namiastek masła kakaowego z tanich tłuszczów, np. palmowego
Produkcji tłuszczów strukturyzowanych zawierających kwas masłowy i inne krótkie kwasy nasycone
Reakcje zachodzące w łańcuchu węglowodorowym
Uwodornianie - stosuje się w celu zmiany charakteru fizycznego i chemicznego tłuszczów oraz składu kwasów tłuszczowych
Uwodornianie jest metodą katalityczną, polegającą na wysyceniu wiązań nienasyconych wodorem, przy udziale katalizatora Pb, Cu, Ni, temperatura zwykle 180C
Proces uwodornienia tłuszczów prowadzi się w celu zwiększenia ich stabilności oksydatywnej oraz przekształcenia ciekłych olejów w produkty plastyczne, bardzo przydatne do produkcji margaryn i innych tłuszczów. Pierwszą reakcję uwodornienia przeprowadzono w 1880 roku.
W praktyce uwodornianie przebiega w układzie niejednorodnym i składa się z 3 warstw
Fazy ciekłej (olej)
Fazy gazowej (wodór)
Fazy stałej (katalizator)
Olej do celów technologicznych poddaje się tylko częściowemu uwodornieniu, dlatego ważnymi cechami są selektywność i izomeryzacja
Selektywność wiąże się z róznymi szybkościami reakcji uwodornienia nienasyconych kwasów i o różnym stopniu ich utlenienia
Trieny (k.alfa-linolenowy)Dieny (k.linolowy)Monoeny (k.oleinowy)k.nasycone(np.stearynowy)
Izomeryzacja wynika z tego, że podwójne wiązania, które pozostają w częściowo uwodornionym tłuszczu, mogą mieć zmienioną konfigurację (z cis na trans). W stanie równowagi stosunek trans/cis = 2:1
- Izomery trans mają niższe temperatury topnienia, niż izomery cis, i z punktu widzenia technologicznego stanowią bardzo dobry składnik tłuszczu do smażenia
- Z punktu widzenia żywieniowego najkorzystniejszym jest proces przeestryfikowania i jest on powszechnie stosowany do produkcji margaryn kubkowych (do smarowania)
- Proces uwodorniania wpływa na powstawanie niekorzystnych żywieniowo form trans KT, jednakże jest on niezastąpiony w przypadku tłuszczów odpornych na wysokie temperatury (tłuszcze do smażenia, pieczenia, do ciast francuskich)
WĘGLOWODANY (SACHARYDY) W ŻYWNOŚCI - BUDOWA, PRZEKSZTAŁCENIA, WYSTĘPOWANIE W ŻYWNOŚCI
Struktura sacharydów
W środkach spożywczych scharakteryzowano ponad 100 sacharydów
Sacharydy odgrywają rolę
Strukturotwórczą
Są źródłem energii
Mają właściwości funkcjonalne
Cechy użytkowe Mono- i Disacharydów
Spełniają trzy główne funkcje:
Źródło energii
Słodkość
Wiązanie wody
Cukry jako źródło energii
Dostarczają około 4 kcal/g
Monosacharydy
Glukoza jest cukrem transportowanym w krwioobiegu zwierząt i ludzi i stanowi główne źródło łatwo dostępnej energii
Galaktoza jest również aktywnie transportowana w organizmie i transformowana do glukozy
Fruktoza, wzorzec „słodkości” transportowana przez dyfuzję
Disacharydy i oligosacharydy
Hydrolizowane do monosacharydów
Hydroliza katalizowana przez odpowiednie enzymy
W przyrodzie spotyka się sacharydy:
W czystej postaci
Pochodne z grupami aminowymi
Estryfikowane
Eteryfikowane
Utlenione i zredukowane
Glikoproteiny, glikolipidy, gangliozydy
Węglowodany: definicje i struktury
Węglowodany w żywności obejmują cukry, skrobię, błonnik, żele
Definicja chemiczna: alifatyczne polihydroksyaldehydy i ketony oraz ich pochodne
Alifatyczne - organiczne związki łańcuchowe oraz związki cykliczne, które je przypominają (tj nie aromatyczne)
Nomenklatura
Węglowodany są utworzone z pojedyńczej lub wielokrotnej jednostki cukrowej
Sacharydy klasyfikuje się wg liczby jednostek cukrowych
Kategoria |
Liczba jednostek cukrowych |
Występowanie w żywności |
Monosacharydy |
1 |
Cukier - glukoza |
Disacharydy |
2 |
Cukier - sacharoza |
Oligosacharydy |
3-10 |
Cukry (hydroliza skrobi) |
Polisacharydy |
>10 |
Skrobia |
Występowanie sacharydów w żywności - MONOSACHARYDY
Sacharyd |
Występowanie |
Aldopentozy i pochodne L-Arabinoza D-Ksyloza D-Ryboza D-Apioza - charakterystyczny posmak, lekkostrawna Aldoheksozy L-Fukoza D-Galaktoza Kwas beta-D-galakturonowy D-Glukoza D-Mannoza L-Ramnoza Ketoheksozy (heksulozy) D-fruktoza D-Psikoza L-Sorboza Pochodne ketoheksoz D-Glukozoamina Ketoheptozy D-manno-2-heptuloza |
- (1 i 2) gumy roślinne, saponiny - Produkty fermentacji alkoholowej - Kwas rybonukleinowy - Pietruszka, nasiona selerów
- Mleko kobiece, algi, gumy roślinne - Śluzy i gumy roślinne, oligo- i polisacharydy - Pektyna - Składnik organizmów roślinnych i zwierzęcych - Pomarańcze, śluzy roślinne, błony - Śluzy, gumy roślinne, glikozydy, pektyny, saponiny
- Owoce i miód - Odpad po fermentacji melasy - Jarzębina
- Chityna i chitosan
- Owoce awokado |
(Zapamiętać)
Występowanie sacharydów w żywności - DISACHARYDY
Sacharyd |
Występowanie |
Gentobioza Kojibioza Laktoza Laminaribioza Maltoza Melibioza Neotrhaloza Nigeroza Sacharoza |
Amigdalina Miód Mleko Miód Blok budulcowy skrobi, buraki cukrowe, miód Ziarno kakaowe Soja z pszenicą (fermentowana) Miód, piwo Buraki cukrowe, trzcina cukrowa, karmel |
Występowanie sacharydów w żywności - TRISACHARYDY
Sacharyd |
Występowanie |
Erloza Fukozydolaktoza Gentoza Izomaltotrioza Maltotrioza Manninotrioza Rafinoza |
Miód Mleko kobiece Miód Miód Syrop skrobiowy Kasza manna Buraki cukrowe, trzcina cukrowa |
WĘGLOWODANY - C.D. 1.12.2008
Występowanie sacharydów w żywności - TETRASACHARYDY I PENTASACHARYDY
Sacharyd |
Występowanie |
Tetrasacharydy Maltotetraoza Stachioza Pentasacharydy Izomaltopentaoza Maltopentaoza |
Syrop skrobiowy Karczochy, korzenie soi, groszek
Miód Syrop skrobiowy |
Występowanie sacharydów w żywności - POLISACHARYDY
Sacharyd |
Występowanie |
Agar Alginiany Celuloza Chityna Glikogen Guma arabska Guma z chleba świętojańskiego Galaktany Kwas hialuronowy Inulina Karageniany Pektyna Skrobia |
Krasnorosty Glony brunatnice Rośliny Szkielet skorupiaków i owadów Wątroba, mięśnie Akacja senegalska Chleb świętojański Rośliny Tkanka łączna (czynnik wiążący wodę) Rośliny i korzenie Compositae Krasnorosty Głównie jabłka i cytrusy Bulwy, nasiona zbóż |
Forma pierścieniowa Forma łańcuchowa
Formy łańcuchowe glukozy (D-glukoza, aldoheksoza) i fruktozy (D-fruktoza, ketoheksoza)
Piranoza
Najniższy stan energetyczny (najtrwalsze) cząsteczki monosacharydów osiągają w formie cyklicznej (pierścieniowej)
Beta-D-glukopiranoza (glukoza)
Aldoza
Heksoza
Aldoheksoza
Beta-D-Fruktopiranoza (fruktoza)
Ketoza
Heksuloza
Ketoheksoza
WĘGLOWODANY W ŻYWNOŚCI
Owoce bogate w fruktozę
Winogrona
Gruszki dominującym cukrem jest fruktoza, wpływa na wysoką słodkość
Wiśnie
Owoce bogate w glukozę
Winogrona
Wiśnie
Owoce bogate w sacharozę
Brzoskwinie najlepsze do konserwowania
Jabłka (średnia zawartość)
Truskawki Mało węglowodanów, dieta odchudzająca
Warzywa bogate w fruktozę
Pomidor
Cebula
Warzywa bogate w glukozę
Pomidor
Cebula dodatkowy cukier (skorodoza) odpowiedzialny za rumienienie (karmelizacja)
Warzywa bogate w sacharozę
Burak czerwony
Słodka kukurydza
Słodki ziemniak
Groszek
Fasola
Właściwości funkcjonalne węglowodanów
Słodkość
Smak cukrów jest słodki
Słodkość mierzy się stosując analizę sensoryczną. Jako wzorzec stosuje się 10% roztwór sacharozy. Jednostka słodkości, tzw. względna słodkość (RS - relative sweetness) takiego roztworu wynosi 1;
Słodkość < 1 - mniej słodki niż sacharoza; Słodkość > 1 - słodszy od sacharozy
Słodkość glukozy 0,6
D-fruktoza słodsza niż sacharoza, pozostałe cukry mniej słodkie
Temperatura wpływa na słodkość
Względna słodkość (RS) 10% wodnych roztworów różnych związków (sacharoza = 1,0)
Związek |
RS |
Sacharoza Fruktoza Cukier inwertowany Glukoza Galaktoza Laktoza Stachioza Alkohole cukrowe -Ksylitol -Mannitol -Sorbitol Miód Melasa Sztuczne środki słodzące -Aspartam -Sacharyna |
1 1,6-1,8 1,3 0,7-0,8 ok. 0,3 0,2-0,3 0,1 0,4-1,2
0,97 0,74
200 200-700
|
W Polsce w użyciu są następujące naturalne sacharydowe środki słodzące
D-Glukoza
Ze względu na szybkie wchłanianie jest źródłem energii dla chorych
Jest popularnym środkiem słodzącym do piwa, napojów orzeźwiających i czekolady
Do jej metabolizmu potrzebna jest insulina, dlatego nie jest wskazana dla diabetyków
D-Fruktoza
Najlepiej rozpuszczalna w wodzie spośród sacharydów
Stosowana do słodzenia soków, w których nie krystalizuje przy przechowywaniu
Jest higroskopijna, a więc zapobiega utracie wilgoci w przechowywanych produktach żywnościowych np. owocach kandyzowanych
Metabolizuje do glikogenu i to bez udziału insuliny, dlatego jest używany przez diabetyków
Jego wartość energetyczna jest mniejsza niż D-glukozy
Pozytywne cechy D-fruktozy to również przyspieszanie metabolizmu etanolu oraz niewywoływanie i niepodtrzymywanie rozwoju próchnicy
Laktoza
Czyli cukier mlekowy, (4,8 - 5,1% w mleku ssaków)
Słabo rozpuszczalna w wodzie
Wydajnym źródłem laktozy jest serwatka
Laktoza jest używana jako nośnik innych środków słodzących i dodatek polepszający smak produktów mlecznych
Negatywną stroną wykorzystywania laktozy może być to, że do jej metabolizowania potrzebny jest enzym beta-D-galaktozydaza
Sacharoza
Szybko się wchłania i metabolizuje
Powoduje to okresowy, duży nadmiar glukozy w organizmie, która przekształca się w tedy w lipidy
Z powodu jej dużej wartości odżywczej oraz potrzeby insuliny do jej metabolizowania należy ograniczać spożycie sacharozy
Syropy skrobiowe - są produktami hydrolizy skrobi i są stosowane w wyrobach cukierniczych i innych produktach jako środki słodzące i teksturotwórcze. Są one TANIE, w Polsce otrzymyweane ze skrobi ziemniaczanej, w USA z kukurydzianej. (Ciekawostka: w batonach TWIX substancja ciągnąca się to właśnie syropy skrobiowe)
Typ 1: Syrop maltodekstrozowy
- Słodkość 0,2
- Gęsty
- Raczej jako środek teksturotwórczy
Typ 2: Syrop maltozowy
- Słodkość 0,4-0,5
- Maltoza dominująca
- Stosowany w celach strukturotwórczych i do słodzenia
Typ 3: Syrop glukozowy
- Słodkość 0,7-0,8
- Dominuje glukoza
- Podstawowy w pralinkach i cukierkach
Typ 4: Syropy fruktozowo - glukozowe do słodzenia soków i różnych napojów
Alkohole cukrowe
Doskonale rozpuszczalne w wodzie i w alkoholach
Są odporniejsze od sacharydów na niskie pH i higroskopijne
Ich słodki smak trwa przez dłuższy czas, odczuwa się jednocześnie wrażenie chłodu
Metabolizują bez udziału insuliny
Cukier inwertowany - jest wytwarzany poprzez hydrolizę kwasową sacharozy
H2O + sacharoza H+ glukoza + fruktoza
Proces ten nazywa się „inwersją” sacharozy, odbywa się w środowisku kwaśnym (HCl) - na gorąco
Stanowi mieszaninę 50:50 glukozy i fruktozy
Zastosowanie sztuczny miód
Oligosacharydy: rafinoza i stachioza
Prozdrowotne, lubiane przez drobnoustroje
Produkowane przez bakterie mlekowe
Reakcje sacharydów prostych - reakcje zachodzące na grupie karbonylowej i anomerycznym atomie węgla
Mutarotacja
Aldozy w formie pierścieniowej w przeciwieństwie do form łańcuchowych mają centrum chiralne przy C1
Omawiane formy izomeryczne nazywane są anomerami
Wzajemne przekształcanie się anomerów jednych w drugie określa się jako mutarotację
Mutarotacja - przemiana izomeru alfa w izomer beta przez izomer otwartołańcuchowy
Mutarotacja jest katalizowana zasadami i kwasami
Przykładem praktycznego zastosowania jest produkcja mleka w proszku. W gwałtownie odparowanym mleku laktoza tworzy amorficzną, korzystną organoleptycznie mieszaninę izomerów alfa i beta
Redukcja do alkoholi cukrowych
Stosuje się uwodornienie katalityczne (na katalizatorze niklu)
W następstwie redukcji każda ketoza daje dwa alkohole, a każda aldoza jeden alkohol
Z glukozy powstaje sorbitol, z mannozy mannitol, z fruktozy sorbitol i mannitol
Utlenianie
Kwasy onowe - aldozy w formie łańcuchowej ulegają utlenieniu do kwasów aldonowych, np. glukoza ulega utlenieniu do kwasu glukonowego w reakcji z wodą bromową w obecności wodorowęglanu sodu. Otrzymujemy kwasy -onowe
Kwasy uronowe
- Występują w gumie arabskiej, w agarze i nadają cukrom właściwości żelujące
- Proces utleniania cukrów prowadzi się tak, aby zabezpieczyć łatwo utleniającą się grupę aldehydową w cukrze (łatwiej się utlenia niż I-rzędowy alkohol)
Kwasy arowe, których utlenianie prowadzi się silnym utleniaczem, np. kwasem azotowym powstają kwasy arowe
- Utlenianie aldoz silnym utleniaczem, np. kwasem azotowym (V) prowadzi do kwasów polihydroksy-alfa,omega-dikarboksylowych (dwie grupy karboksylowe), zwanych kwasami arowymi (dawniej kwasami cukrowymi)
- Z D-glukozy powstaje kwas D-glukarowy (D-glukoza, zamiast CH2OH i CHO jest COOH)
Tworzenie kompleksów z jonami metali:
Tworzenie kompleksów polega na wymianie cząsteczek wody będących ligandami jonów metali na ligandy sacharydowe
Przykładem praktycznego wykorzystania kompleksowania jonów metali przez sacharydy jest wydzielanie sacharydów z roztworów z roztworów wodnych w postaci kompleksów z jonami Ca2+ (jest to jeden z etapów produkcji sacharozy)
REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE DLA SACHARYDÓW
Reakcje wiązania glikozydowego
Wiązanie glikozydowe ma charakter acetalowy
Występuje w disacharydach i cukrach wyższych
Jest czułe na rozszczepienie katalizowane kwasami
Praktyczne znaczenie ogranicza się do produkcji cukru inwertowanego z sacharozy, przez rozszczepienie wiązania glikozydowego między fragmentem glukozowym i fruktozowym i przekształcenie D-glukozy w D-fruktozy (???????????????)
Cukier inwertowany - jest wytwarzany poprzez hydrolizę kwasową sacharozy
H2O + Sacharoza glukoza + fruktoza
- Proces nazywa się „inversją” sacharozy, odbywa się w środowisku kwaśnym (HCl) - na gorąco
Cukier inwertowany stanowi mieszaninę 50:50 glukozy i fruktozy
Dehydratacja
Ogrzewanie monosacharydów powyżej ich temperatury topnienia powoduje odwracalne wydzielenie cząsteczki wody, dające anhydrosacharydy
Dalsze ogrzewanie anhydrosacharydów powoduje powstanie bardziej odwodnionych produktów
6C12H22O11 - 12H2O 6C12H12O9 (karmelan)
6C12H22O11 - 18H2O 2C36H18O24 (karmelen)
6C12H22O11 - 27H2O 3C24H26O13 (karmelin)
NATURALNE BARWNIKI W SUROWCACH ŻYWNOŚCIOWYCH 8.12.2008
Chlorofile
Zielone barwniki występują w chloroplastach komórek w postaci białkowo-lipidowych kompleksów, odpornych w żywej tkance na działanie kwasów organicznych, tlenu i światła
Podstawą budowy chlorofilów jest układ metaloporfiryny, zawierający cztery pierścienie pirolowe połączone wiązaniami kowalencyjnymi i koordynacyjnymi z centralnie położonym atomem magnezu
W roślinach wyższych występuje głównie zielononiebieski chlorofil a i w mniejszych ilościach zielonożółty chlorofil b, różniący się od formy a obecnością w pozycji 3 grupy aldehydowej zamiast metylowej
Stosunek chlorofilu a do b jest zależny od stopnia nasłonecznienia
Chlorofil występujący w żywej tkance roślinnej jest odporny na działanie czynników środowiskowych
Zawartość chlorofilu w owocach i warzywach
Warzywa kapustne (jarmuż i brokuły) - powyżej 1300 mg/kg
Szpinak - około 900 mg/kg
Mniej groch zielony, liść selera, nać pietruszki
Zniszczenie struktur komórkowych podczas obróbki wstępnej surowca i podczas obróbki cieplnej zwiększa podatność chlorofilu na działanie
Enzymów (chlorofilaza, lipooksydaza)
Kwasów organicznych
Jonów metali
Światła i tlenu
Chlorofile zielone Barwniki bilinowe
Suszenie warzyw zawierających chlorofile powoduje poszarzenie barwy suszu. Czynniki tego procesu to O2, UV i lipooksydazy. Aby zahamować ten proces, można ograniczyć dostęp tlenu.
Chlorofile Barwne kompleksy z metalami
Charakterystyczną cechą chlorofili jest wymiana jonów magnezu na jony innych metali dwuwartościowych
Chlorofile Chlorofilidy i chlorofiliny
Występujący w roślinach enzym chlorofilaza (optimum działania ok. 75C) powoduje hydrolizę chlorofilu do fitolu i zielonych chlorofilidów (?)
W środowisku alkalicznym w wyniku odszczepienia fitolu i metanolu powstają zielone chlorofiliny (?)
Chlorofile Feofityny, feoforbid
Podczas obróbki cieplnej warzyw w środowisku kwaśnym chlorofil przekształca się w oliwkowozieloną feofitynę, w wyniku zastąpienia atomu magnezu wodorem. Dalsze obniżanie pH, np. w marynatach i kiszonkach, powoduje przejście feofityny, chlorofilidów i chlorofiliny w ciemno zabarwione feoforbidy (degradacja cząsteczki chlorofilu)
Chlorofile Pirofeofityna, pirofeoforbid
Pod wpływem wysokiej temperatury, np. w czasie sterylizacji fasolki szparagowej, groszku lub innego warzywa zawierającego chlorofil, powstaje oliwkowobrązowa pirofeofityna, w wyniku oderwania od chlorofilu, bądź feofityny grupy -COOCH3. Dalsza degradacja powoduje powstanie pirofeoforbidu.
Karotenoidy
Są syntetyzowane tylko przez rośliny
Towarzyszą chlorofilowi w chloroplastach, ale występują również w innych częściach roślin: w kwiatach, owocach, nasionach, korzeniach i bulwach
W zielonych warzywach liściowych i kapustnych (brokuły, szpinak, jarmuż, kapusta głowiasta, brukselka) występują w połączeniach kompleksowych chlorofil - karotenoidy - białko.
Zwierzęta nie mają zdolności syntetyzowania barwników karotenoidowych, ale mogą je wchłaniać i gromadzić, dlatego niektóre produkty pochodzenia zwierzęcego, np. mleko, masło, jaja i wybrane zwierzęta morskie: ryby i kraby zawierają barwniki karotenoidowe
Są to żółte lub czerwone barwniki o budowie alifatycznej lub alicyklicznej, składające się zazwyczaj z ośmiu reszt izoprenowych, o licznych podwójnych wiązaniach prawie wyłącznie sprzężonych w konfiguracji TRANS (ta konfiguracja jest korzystna w karotenoidach)
Struktura izoprenu: C5H8 (wzór)
Karotenoidy (cząsteczka karotenoidów musi zawierać co najmniej siedem sprzężonych podwójnych wiązań, aby ich barwa była dostrzegalna dla oka, i im więcej, tym barwa intensywniejsza w kierunku czerwonej)
Beta-karoten - cząsteczka zawiera 2 pierścienie beta-jononowe
Likopen (8 cząsteczek izoprenu, wszystkie wiązania podwójne w konfiguracji trans
Kapsantyna (charakterystyczna dla barwników papryki, około 30%)
Kantaksantyna (występuje u ryb łososiowatych, krewetek, homarów, w piórach flamingów, w algach
Podział karotenoidów
Węglowodory nie zawierające innych pierwiastków, czyli karoteny
Alfa, beta i gamma-karoten (beta-karoten stanowi 70-85% karotenoidów)
Pochodne tlenowe (alkohole, aldehydy, ketony, epoksydy, kwasy) określane jako ksantofile
Ksantofile odznaczają się żółtym zabarwieniem lub intensywnie czerwonym
Przykłady: zeaksantyna - kukurydza, luteina - żółtko jaja, kapsantyna - papryka (czerwona)
Zawartość karotenoidów w produktach żywnościowych
Warzywa (0,2 - 37 mg/100g świeżego surowca):
Jarmuż
Czerwona papryka
Szpinak i marchew, dynia
Owoce (poniżej 1 mg/100g części jadalnych)
Morele
Grejpfruty
Niektóre odmiany brzoskwiń i śliwek
Znaczenie karotenoidów dla zdrowia
Aktywne antyoksydanty, in vitro i in vivo, np. likopen
Aktywność prowitaminowa występująca w beta-karotenie (obecność pierścienia beta-jononowego)
Trwałość karotenoidów
W żywych komórkach są trwałe
Procesy rozdrabniania zapoczątkowują destrukcyjne procesy chemiczne zachodzące pod wpływem
Światła
Tlenu
Jonów metali
Enzymów
Zasadniczymi przemianami, jakim ulegają karotenoidy, są procesy utleniania i zmiana konfiguracji przestrzennej
Podatność karotenoidów na utlenianie wiąże się z obecnością w cząsteczce podwójnych wiązań między atomami węgla
Karotenoidy w stanie naturalnym występują głównie w formie TRANS
Pod wpływem działania światła, temperatury, kwasów następuje częściowo zmiana konfiguracji do formy cis, co prowadzi do rozjaśnienia barwy i obniżenia wartości prowitaminowej
Barwniki karotenoidowe w porównaniu z pozostałymi są najbardziej odporne na działanie różnych czynników (straty w procesie przetwarzania żywności wynoszą najczęściej 10-20%)
Proces utleniania przyspiesza:
Obecność jonów Cu, Fe
Obróbka cieplna
Promieniowanie w szerokim zakresie widma (UV, widzialne, X i gamma)
Enzymy, np. lipooksydaza (optimum działania 20-30 C i pH 6-9), blanszowanie
Hamują przeciwutleniacze fenolowe i kwas askorbinowy
Flawonoidy
Są to związki polifenolowe o szkielecie węglowym C6 C3 C6 składające się z dwóch pierścieni aromatycznych połączonych alifatycznym trójwęglowym łańcuchem, rozpuszczalne w wodzie, a zawarte w wakuolach
Najważniejsze flawonoidy to:
Antocyjany mające najczęściej zabarwienie czerwone lub niebieskie
Flawony o barwie przeważnie żółtej i określane mianem antoksantyn
Katechiny zaliczane wraz z innymi bezbarwnymi polifenolami do garbników roślinnych
Większość flawonoidów zawiera grupy hydroksylowe, z których jedna lub więcej jest zwykle połączona z cząsteczką cukru, dając glikozydy
Istnieją także związki wolne bez cząsteczki cukru, które nazywane aglikonami
Intensywność zabarwienia flawonoidów zależy od zawartości grup OH i grup metoksylowych. Im wyższa ich zawartość, tym większa intensywność zabarwienia, np. antocyjany
Flawonoidy - Antocyjany
Nadają owocom i warzywom barwę o odcieniu czerwonym, fioletowym lub niebieskim
Najwięcej antocyjanów zawierają jeżyny, maliny, czarne porzeczki, czarny bez, żurawiny, aronia, jagody, a z warzyw czerwona kapusta i bakłażan
BARWNIKI - KONTYNUACJA; BIAŁKA 15.12.2008
Antocyjany są związkami nietrwałymi, szybko ulegają rozkładowi, przy czym najtrwalsza jest forma oksoniowa występująca w środowisku kwaśnym
Ulegają odwracalnym i nieodwracalnym przemianom, a przebieg tych procesów zależy od pH środowiska
Np. barwa cyjanidyny zmienia się od czerwonej w środowisku kwaśnym przez fioletową w środowisku obojętnym do niebieskiej w środowisku alkalicznym
Antocyjany łatwo ulegają przemianom
W trakcie zabiegów technologicznych, zwłaszcza przy zastosowaniu wyższej temperatury
Wydłużaniu czasu obróbki cieplnej
I w środowisku o podwyższonym pH
W czasie ogrzewania można zaobserwować najpierw:
Wzrost intensywności barwy, co odpowiada rozszczepieniu glikozydów na odpowiednie aglikony (o mniejszej trwałości)
A następnie szybki spadek intensywności barwy, gdyż następuje utlenianie do brunatnych lub bezbarwnych związków
Flawonoidy - Antoksantyny
Antoksantyny są to bezbarwne lub jasnożółte pochodne flawonowe
Występują w owocach lub warzywach o jasnej barwie: jabłkach, gruszkach, ziemniakach, selerach, cebuli itp.
W środowisku kwaśnym barwa antoksantyn nie ulega zmianie, natomiast w środowisku alkalicznym przyjmują barwę od żółtej do pomarańczowo - brązowej
Z metalami mogą tworzyć barwne związki kompleksowe
Proces ciemnienia (brunatnienia) enzymatycznego
W owocach i warzywach występują znaczne ilości związków polifenolowych
Flawonoidów (antoksantyny)
Garbników
Tyrozyny
Kwasu chlorogenowego
Które mogą ulegać enzymatycznemu ciemnieniu
Brunatnienie enzymatyczne fenoli i polifenoli zachodzi pod wpływem oksydoreduktaz: para-difenolowej i orto-difenolowej w obecności tlenu
Enzymatyczne ciemnienie surowca owocowo-warzywnego jest następstwem mechanicznego zniszczenia struktur komórkowych w czasie obróbki wstępnej i kontaktu z enzymem
Proces ten szczególnie intensywnie zachodzi powodując niepożądane zmiany barwy
W jabłkach, gruszkach, morelach, czereśniach (utlenianie antoksantyn), ziemniakach (utlenianie tyrozyny i kwasu chlorogenowego)
Sposoby ograniczania ciemnienia enzymatycznego warzyw i owoców
Proces blanszowania - zanurzenie surowca już rozdrobnionego w wodzie o temperaturze 80-90 C
Wprowadzenie dodatków obniżających pH, np. kwas askorbinowy i inne kwasy organiczne
Komponowanie warzyw o silnej aktywności enzymatycznej z warzywami (surowcami) o słabej aktywności
Dodatek ziół i przypraw (zalewy, sosy itp.)
Skracanie czasu obróbki wstępnej (ziemniaki obierane mechanicznie)
Betalainy
Burak ćwikłowy zawiera związki zwane betalainami, w skład których wchodzą czerwonofioletowe betacyjaniny i żółte betaksantyny
W żywności jedynym źródłem barwników betalainowych są buraki ćwikłowe, a podstawowym czerwonym barwnikiem tego surowca jest betanina, która stanowi 75-95% zawartości betalain w burakach
Właściwości betaniny
Dobrze rozpuszczalna w wodzie
Stabilna barwa w zakresie pH 4-6
Mała odporność na ogrzewanie (rozkład kwas betalamowy, reakcja odwracalna)
Efektywny przeciwutleniacz oraz aktywność przeciwnowotworowa, przeciwbakteryjna i przeciwwirusowa
Sacharydy w żywności - właściwości funkcjonalne, chemiczne i fizyczne, przekształcenia (PATRZ WYKŁAD 8)
PRZEMIANY BIAŁEK W WYNIKU PRZETWARZANIA I PRZECHOWYWANIA ŻYWNOŚCI - Właściwości funkcjonalne białek
Wstęp:
Białka, a w szczególności ich elementy (aminokwasy) należą do bardzo reaktywnych składników żywności, ze względu na występwanie w nich grup aminowych, sulfonowych (SH) i innych (COOH, OH)
Ogrzewanie do odpowiednio wysokiej temperatury powoduje cieplną denaturację białek oraz zwiększa szybkość biochemicznych i chemicznych reakcji pozostałych składników żywności
Wskutek gotowania, pasteryzacji, sterylizacji, pieczenia i smażenia zmieniają się sensoryczne i żywieniowe (w tym wartość odżywcza) właściwości żywności
Te zmiany mogą być korzystne lub niepożądane
Zmiany zachodzące wskutek ogrzewania
Zmiany enzymatyczne
Zapewnienie odpowiedniej temperatury dla wybranych procesów enzymatycznych
Unieczynnienie endogennych enzymów, które mogłyby spowodować niekorzystne przemiany, np. w przemyśle mięsnym, rybnym, w mleczarstwie itp
Zmiany właściwości reologicznych (konsystencja, struktura) i uwodnienia
Reologiczne właściwości produktów żywnościowych zależą przede wszystkim od
Histologicznej struktury danego materiału
Oraz od zdolności białek do utrzymywania wody i tworzenia żelu
Bardzo silnie zmienia się wskutek ogrzewania tekstura produktów
Wiele produktów żywnościowych traci dużo wody wskutek cieplnej denaturacji białek
W wyniku nieprawidłowo przeprowadzonej obróbki termicznej ubytek wody może wynosić nawet 40%. Nie powinien przekraczać 20%
Ubytek wody można ograniczyć poprzez:
Obniżenie pH (peklowanie, marynowanie)
Właściwe prowadzenie rozmrażania mięsa
Prawidłowa temperatura obróbki termicznej - nie może być zbyt niska
Wpływ na jakość sensoryczną - obróbka termiczna (ogrzewanie) kształtuje jakość sensoryczną białka (smak, zapach, konsystencja)
KONTYNUACJA POPRZEDNIEGO WYKŁADU, REAKCJE MAILLARDA
5.01.2009
Wpływ na wartość żywieniową białka
Wskutek obróbki cieplnej w optymalnych warunkach wykształcają się w żywności pożądane cechy sensoryczne - barwa, zapach, smak i właściwości reologiczne
Denaturacja cieplna na ogół zwiększa strawność białka
Ogrzewanie w odpowiednich warunkach unieczynnia białkowe składniki przeciwżywieniowe wielu surowców, m.in.
Inhibitory proteaz (w nasionach roślin strączkowych, w ziemniakach 15%)
Enzymy: lipazy, proteazy i inne
Niszczenie toksyn
Nadmierne ogrzewanie produktów bogatych w białko powoduje zmniejszenie biologicznej dostępności wielu aminokwasów, przede wszystkim wskutek utrudnienia trawienia. Dotyczy to zmodyfikowanych reszt aminokwasowych oraz fragmentów, które po dodatkowym usieciowaniu stają się niedostępne dla enzymów proteolitycznych. Szczególnie wrażliwe są: cysteina, lizyna, metionina, tryptofan, arginina.
Sieciowanie białek dotyczy peptydów i aminokwasów (szczególnie egzogennych). W wyniku sieciowania, czyli reagowania między sobą (lub z lipidami) tworzą się połączenia niedostępne dla układu enzymatycznego człowieka, ale także ssaków ogólnie. Powstają wiązania tiolowe, estrowe, tioestrowe, natomiast następuje degradacja wiązania peptydowego (nie jest to już białko!)
Przykłady strat aminokwasów
Straty dostępnej lizyny:
- W białkach makreli po 4h ogrzewania w temperaturze 150 C wynoszą około 15%
- W mleku słodzonym skondensowanym do 3%
- W mleku sterylizowanym 8-12%
- W mleku suszonym 20-30% (suszarnie typu rolkowego)
5-7% (suszarnie typu …….???)
Mleko liofilizowane - najlepsza metoda
Wskutek ogrzewania żywności bogatej w białka wykształcają się pożądane cechy sensoryczne: smak, zapach, konsystencja (tekstura). Dotyczy to takich produktów, jak mięso, ziemniaki itp.
Zmiany zachodzące wskutek utleniania:
W czasie obróbki i przechowywania białka żywności utleniają się
Tlenem singletowym O2
Anionorodnikiem ponadtlenowym O2-
Rodnikiem hydroksylowym *OH
Istotną rolę mają też produkty autooksydacji lipidów oraz nadtlenek wodoru stosowany w niektórych procesach technologicznych
Rodniki inicjują powstawanie wiązań sieciujących między cząsteczkami białek oraz białek i lipidów
W produktach żywnościowych bogatych w tłuszcze zawierające kwasy polienowe (np. ryby) powstają brunatne przebarwienia w reakcjach produktów autooksydacji lipidów z białkami
Rodnik lipidowy odrywa wodór od cząsteczki białka na węglu alfa lub w łańcuchu bocznym, zwłaszcza reszt lizyny, argininy, histydyny, tryptofanu, cysteiny
Rodzaje uszkodzeń aminokwasów pod wpływem działania czynników fizycznych i chemicznych
Czynniki fizyczne i chemiczne |
Aminokwasy |
Umiarkowane ogrzewanie + duża zawartość cukrów redukujących |
Uszkodzona głównie lizyna |
Silne ogrzewanie bez cukrów |
Spadek strawności białka i zawartości cysteiny |
Środowisko zasadowe, węglany, amoniak, silne zasady |
Spadek zawartości lizyny i cystyny |
Utlenianie |
Spadek zawartości metioniny, lizyny, tryptofanu, cysteiny |
Białka ulegają zmianom pod wpływem promieniowania jonizującego. Dotyczy to napromieniowanych surowców żywnościowych celem przedłużenia ich trwałości, np. ziemniaki, mięso i owoce i warzywa
Mechanizm reakcji Maillarda i wpływ powstających związków na jakość sensoryczną i zdrowotną produktów żywnościowych
Nazwa reakcji pochodzi od nazwiska francuskiego chemika Luis-Camille Maillarda, który po raz pierwszy badał ją i opisał w 1910 roku.
Bardzo ważne reakcje, jakie mogą zachodzić w produktach spożywczych pod wpływem ogrzewania
Prowadzą do zmiany barwy i powstawania charakterystycznego aromatu
Mechanizm reakcji Maillarda
Reakcje Maillarda są to reakcje cukrów redukujących z aminami, względnie aminokwasami, w wyniku których powstają:
Związki o brunatnym zabarwieniu
Lotne związki nadające produktom charakterystyczny aromat i smak.
Szczególnie wrażliwe na reakcje Maillarda są surowce żywnościowe zawierające wolne aminokwasy i aminy (w puli tzw azotu niebiałkowego). Surowce bogate w związki azotowe niebiałkowe to:
- Mięso zwierząt rzeźnych
- Ryby (!!!) (histydyna, TMAO - tlenek trimetyloaminy i wiele innych związków)
- Ziemniaki (tyrozyna)
- Pomidory (glutaminian sodu (!), dodatek wzmacnia smak produktów)
- Grzyby
Reakcje Maillarda - teoria melanoidyno-kondensacyjna
Tego typu reakcje zachodzą w żywności w wysokiej temperaturze, jeśli ogrzewany produkt zawiera dużo wolnych aminokwasów.
W temperaturze 120 C tworzą się głównie furany i piranony, a w temperaturze 180 C dominującą formą cykliczną są pyrazyny
Przebieg RM
RM jest to zespół złożonych reakcji, których przebieg zależy od rodzaju reagujących substancji i warunków, w jakich zachodzą
Dość powszechna jest teoria melanoidyno-kondensacyjna, w której wyjściową reakcją jest kondensacja typu cukier redukujący - aminokwas
Reakcja Maillarda rozpoczyna się od kondensacji grup karbonylowych aldoz lub ketoz i wolnych grup aminowych aminokwasów (lub amin). Powstały produkt kondensacji traci cząsteczkę wody, tworząc zasadę Schiffa
Powstałe aldozoaminy ulegają przegrupowaniu do ketozoamin wg reakcji zwanej przegrupowaniem Amadori, natomiast ketozoaminy w podobny sposób ulegają przegrupowaniu do aldozoamin w wyniku przegrupowania Heynesa
Ketozoaminy i/lub aldozoaminy ulegają kondensacji z dalszymi cząsteczkami cukru i tworzą brązowe kondensaty (barwniku melanoidowe)
Reakcja Streckera między aminokwasami i związkami dikarbonylowymi - w niej w wyniku degradacji, a następnie cyklizacji z pochodnymi aminowymi powstają składniki aromatu (?)
Skutki reakcji Maillarda:
RM prowadzą do zmian wartości odżywczej i sensorycznej produktów (barwy i zapachu)
Pożądane zmiany związane są z powstawaniem apetycznego wyglądu oraz pożądanych właściwości sensorycznych charakterystycznych dla danego produktu, np. rumianej skórki chleba i wyrobów piekarniczych, smażonego mięsa, palonej kawy.
Związki smakowo - zapachowe powstające w reakcjach Maillarda
Klasa związków |
Rodzaj aromatu lub smaku |
Przykład produktu żywnościowego, w którym związki występują |
- Pyrazyny
- Alkilopyrazyny - Alkilopyrydyny - Acylopyrydyny - Pirole - Furany, furany, furanony - Oksazole |
- Gotowane, prażone, opiekane, pieczone produkty zbożowe - Orzechowy, prażenia - Gorzki, spalenizny - Krakersowy - Zbożowy
- Słodki, karmelowy - Orzechowy, słodki |
- Żywność poddawana obróbce cieplnej
- Kawa - Kawa, jęczmień, słód - Produkty zbożowe - Zboża, kawa
- Żywność poddawana obróbce cieplnej - Kakao, kawa, mięso |