Tłuszcz surowy- suma zw. organicznych tj. glicerydy, wolne kwasy tłuszczowe, sterole, witaminy, barwniki rozp w tłuszczach, fosfatydy, woski; nierozpuszczalnych w wodzie, które można wyekstrahować z produktu rozpuszczalnikami organicznymi (eter etylowy, naftowy, chloroform, benzen, aceton) i które nie są lotne w temp 105st.

Tłuszcze właściwe(glicerydy) są estrami kwasów tłuszczowych i glicerolu. Glicerol może tworzyć estry z 1, 2 lub 3 cząsteczkami kwasów tłuszczowych, co prowadzi do powstania mono, di lub triacylogliceroli. Triacyloglicerole zawierają 2 lub 3 różne reszty kw tłuszczowych. Tłuszcze naturalne są mieszaniną różnych triacylogliceroli.

H2C-O-CO-R1

|

HC-O-CO-R2

|

H2C-O-CO-R3

wzór ogólny cząsteczki tłuszczu

Kwasy tłuszczowe budujące tł naturalne zawierają w swoich cząst. parzyste liczby at węgla. Nasycone kwasy: kw palmitynowy C15H31COOH, stearynowy C17H35COOH, nienasycony kwas: kw oleinowy CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH. Nienasycone kw tł mogą zawierać od 6 podwójnych wiązań w cząsteczce (tzw. kw poleinowe). W tej grupie znajdują się kw potrzebne dla prawidłowego funkcjonowania org człowieka, tzw. niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe NNKT. Najważniejsze z nich to linolowy, linolenowy, arachidonowy.

Tłuszcze jadalne mają pochodzenie roślinne lub zwierzęce. Tłuszcze naturalne otrzymuje się z nasion lub miąższu owoców, zaś tłuszcze zwierzęce z tkanek lub mleka zwierząt. Tłuszcze roślinne są głównym źródłem NNKT w diecie.

Rola tłuszczów w organizmie człowieka: stanowią materiał energetyczny, stanowią warstwę termoizolacyjną, nie dopuszczającą do utraty ciepła przez org, powodują zmniejszenie wydzielania kw solnego w żołądku, hamują jego skurcze, zwilżają pokarm, ułatwiają jego przełykanie, stanowią skł błon kom oraz białej masy mózgu, umożliwiają transport wit nierozp w wodzie, rozp w tłuszczach (ADEK), chronią przed urazami mechanicznymi narządy wewnętrzne, zapobiegają ich przemieszczaniu się, stanowią zapas wody dla org (ich spalanie dostarcza dużych ilości wody).

Przemiany tłuszczów: przetwarzanie tłuszczów polega na uwodorowaniu i przeestryfikowaniu.

Proces uwodorowania (utwardzania)- do zmiany fiz i chem charakteru tłuszczów oraz składu występujących w nich kw tłuszczowych. Celem tego procesu jest zwiększenie stabilności oksydacyjnej tłuszczów oraz przemiana olejów w produkty plastyczne.

Proces utwardzania polega na katalicznym przyłączeniu wodoru do podwójnych wiązań pomiędzy at węgla, występującymi w nienasyconych kw tł, wobec soli niklu jako katalizatora. W przemyśle spożywczym prowadzi się częściowe uwodornienie ze wzgl na rolę kw tł w regulowaniu poziomu cholesterolu we krwi.

Przeestryfikowanie (transestryfikacja) polega na zmianie położenia rodników acylowych w triacyloglicerolach. Proces ma na celu uzyskanie tł modyfikowanych o pożądanych właściwościach reologicznych.

Tłuszcze łatwo ulegają zepsuciu pod wpływem światła, powietrza, enzymów. Jednym z procesów zachodzących w tłuszczach podczas przechowywania jest hydroliza tłuszczów: proces ten polega na rozłożeniu cząsteczek tłuszczu na glicerol i kw tłuszczowe. Woda i białko przyśpieszają hydrolizę tłuszczów. Proces przebiega stopniowo i polega na katalitycznej hydrolizie wiązań estrowych z utworzeniem kw tł i niepełnych acylogliceroli. Przemiany te nazywane są jełczeniem hydrolitycznym, są szczególnie uciążliwe w przetworach mlecznych, gdyż powstające krótkołańcuchowe kw tł są przyczyną nieprzyjemnego zapachu. Zawartość wolnych kw tł w tłuszczach jest miarą ich świeżości i określa się za pomocą tzw. liczby kwasowej LK.

W nienasyconych lipidach spożywczych często dochodzi do utlenienia tlenem atmosferycznym. Autooksydacja jest złożoną reakcją rodnikową obejmującą 3 etapy. Inicjacja (zapoczątkowanie reakcji) polega na oderwaniu wodoru w obecności inicjatora z jednoczesnym utworzeniem rodnika alkilowego:

RH-->inicjator-->R + H

Podczas propagacji(rozwijania reakcji) zachodzi reakcja rodnika z tlenem cząsteczkowym i utworzenie rodnika nadtlenkowego, który następnie reaguje z nienasyconym lipidem, tworząc wodorotlenek oraz nowy rodnik lipidowy. Powstały rodnik łańcuchowo reaguje z kolejną cząsteczką tlenu itd

R + O2--> ROO

ROO + RH--> ROOH + R

Reakcja łańcuchowa może być zakończona (terminacja reakcji) w wyniku rekombinacji rodników i tworzenia się nierodnikowych produktów, które nie są inicjatorami ani propagatorami reakcji:

R + R --> RR

ROO + R --> ROOR

ROO + ROO --> ROOR + O2

Szybkość reakcji autooksydacji wzrasta ze stopniem nienasycenia łańcuchów węglowodorotlenowych kw tłuszczowych, kw oleinowy utlenia się 10-40 krotnie wolniej niż kw linolowy.

Zmiany zachodzące w wyniku procesu autooksydacji noszą nazwę osydatywnego jełczenia tłuszczów. Jego skutkiem jest pogorszenie cech sensorycznych i wartości żywieniowej tłuszczów, a przy daleko posuniętym procesie utleniania tłuszczów mogą powstawać różne subst toksyczne. Wiele wtórnych produktów utleniania tłuszczów wpływa niekorzystnie na organizm człowieka, działając rakotwórczo, mutagennie, mutagennie na kwasy nukleinowe, niszcząc aktywne biologicznie białka, wit A, zmniejszając zawartość NNKT w tłuszczach.

Aby zapobiec niekorzystnym zmianom zachodzącym podczas przechowywania tłuszczów, dodaje się do nich niewielkie ilości przeciwutleniaczy syntetycznych (np. tokoferole, di-tert-butylohydroksytoluen (BHT), mono-tert-butylohydroksyanizol (BHA) oraz estry kwasu galusowego).

tłuszcze spożywcze wykorzystywane są głównie do smażenia żywności. Zbyt intensywne ogrzewanie może spowodować zmniejszenie wart żywieniowej tłuszczów i produktów na nich przygotowanych. Wysoka temp sprzyja powstawaniu toksycznych produktów m in glicerol może ulec przemianie w nienasycony aldehyd- akroleinę. Związek ten nadaje nieprzyjemny smak i zapach potrawom i działa drażniąco na błony śluzowe spojówek i ukł oddechowy, wykazuje też działanie rakotwórcze.

Metody oznaczania zawartości tłuszczów:

-ekstrakcyjne (wagowe, np. Soxhleta, Weibulla-Stoldta, refraktometryczne, densymetryczne)

-objętościowe (kwasowe, np. Gerbera, bezkwasowe)

-instrumentalne NIR lub NMR

Metoda Soxhleta należąca do metod ektrakcyjno-wagowych jest polecana do oznaczania zawartości tłuszczu w produktach zawierających czyste triglicerydy. Polega na wielokrotnej ciągłej ekstrakcji subst tłuszczowej z rozdrobnionego i uprzednio wysuszonego produktu za pomocą rozp organicznego, odparowaniu rozp i wagowym oznaczeniu subst tłuszczowej. Za koniec ekstracji przyjmuje się moment, gdy spływająca kropla z ekstraktora na szklaną płytkę lub bibułę filtracyjną po odparowaniu eteru nie zostawi tłustej plamy.

Oznaczanie zawartości tłuszczu metodą Gerbera polega na wydzieleniu tłuszczu w specjalnym tłuszczomierzu (butyrometrze) po uprzednim rozpuszczeniu otoczek białkowych emulsji tłuszczowej za pomocą H2SO4. Po odwirowaniu warstwy tłuszczu procentową zawartość odczytuje się na skali tłuszczomierza.

Oznaczanie liczby zmydlania

Polega na zmydleniu tłuszczu i zobojętnieniu wolnych kwasów tłuszczowych nadmiarem wodorotlenku potasu, a następnie odmiareczkowaniu nadmiaru KOH za pomocą mianowanego roztworu HCl.

Liczba zmydlania LZ jest to ilość mg KOH zużytych na zmydlanie 1g tłuszczu i zobojętnienie w nim wolnych kw tłuszczowych.

Oznaczanie liczby kwasowej

Polega na zobojętnianiu mianowanym roztworem wodorotlenku potasu wolnych kwasów tł w badanym tłuszczu wobec fenoloftaleiny.

Liczba kwasowa LK jest miarą hydrolizy tłuszczu, jest wysoka w tłuszczach nieświeżych, jest to liczba KOH potrzebna do zobojętnienia wolnych kw tłuszczowych występujących w 1g tłuszczu.

Oznaczanie liczby nadtlenkowej

Polega na rozpuszczeniu tłuszczu w mieszaninie kw octowego z chloroformem, poddaniu go reakcji z jodkiem potasu i miareczkowaniu wydzielonego jodu przy użyciu mianowanego roztworu tiosiarczanu potasu wobec skrobi.

Liczba nadtlenkowa LN określa ilość nadtlenków zawartych w tłuszczu, powstałych w wyniku utlenienia tłuszczu. Dłuższe przechowywanie produktów powoduje podwyższenie LN.

Charakterystyka białek Białka są głównymi składnikami żywności oraz niezbędnymi składnikami pokarmowymi. Są także podstawowymi elementami budowy tkanek, a ponadto wchodzą w skład enzymów i hormonów, regulując wiele ważnych procesów organizmu. Białko zbudowane jest z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. W skład białek wchodzą aminokwasy endogenne (które organizm potrafi sam wytworzyć) oraz egzogenne, których źródłem jest wyłącznie pożywienie (dla człowieka są to: izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, fenyloalanina, treonina, tryptofan, walina, histydyna).Właściwości białka określa kolejność zawartych w nim aminokwasów, czyli tak zwana pierwszorzędowa struktura białka. W zależności od charakteru i rozmieszczenia aminokwasów, łańcuchy formują się w różne formy wtórne, czyli struktury drugorzędowe, takie jak a-helisa („spirala") albo struktura P-harmonijki (forma płaska). Dalsze skręcanie i nakładanie się struktur skutkuje powstaniem kolejnej formy, nazywanej strukturą trzeciorzędową białka. Drugo- i trzeciorzędowa struktura warunkuje najbardziej stabilną konformację (kształt), jaką może stworzyć dana proteina. Jest rezultatem oddziaływania wiązań niekowalencyjnych (jonowych, wodorowych i hydrofobowych) między różnymi aminokwasami, różnymi częściami łańcucha; zarówno między sobą, jak i otaczającymi je cząsteczkami wody. Odsłonięte powierzchnie białka mogą wchodzić w interakcje z innymi molekułami, w tym również z innymi białkami. Oddziaływanie białko-białko, na przykład pomiędzy podjednostkami enzymów lub polimerycznymi strukturami białek, skutkuje powstaniem jeszcze bardziej złożonej struktury, zwanej czwartorzędową strukturą białka.

Podstawowe struktury aminokwasów tworzących białko zawierają różne grupy funkcyjne - kwasowe, zasadowe, pierścienie aromatyczne, grupy alkoholowe, atomy siar¬ki itp., stąd w zależności od pH roztworu, w jakim się znajdują przybierają - jako całość -ładunek ujemny lub dodatni. Ładunek cząsteczki białka w roztworze o określonym stężeniu jonów wodorowych zależy od ilościowego stosunku aminokwasów zasadowych (lizyny, histydyny i argininy) i aminokwasów kwasowych (kwasu glutaminowego i asparaginowego). Od sumarycznego ładunku cząsteczki zależy z kolei jej stabilność w środowisku o różnym pH. W środowisku o wysokim stężeniu jonów wodorowych (niskie pH) cząsteczka białka zyskuje ładunek dodatni, podczas gdy w środowisku o niskim stężeniu jonów wodorowych (wysokie pH) ma ładunek ujemny. Wartość pH, przy której sumaryczny ładunek cząsteczki wynosi 0, nosi nazwę punktu izoelektrycznego. W punkcie izoelektrycznym białko nie wykazuje ruchliwości elektroforetycznej oraz charakteryzuje się najniższą rozpuszczalnością w wodzie. Białka na ogół są rozpuszczalne w wodzie. Niektóre z nich mogą rozpuszczać się w rozcieńczonych kwasach lub zasadach, jeszcze inne w rozpuszczalnikach organicznych. Posiadają zdolność wiązania cząsteczek wody (hydratacja). Na rozpuszczalność polipeptydów ma wpływ stężenie soli nieorganicznych. Ich małe stężenie wpływa dodatnio na rozpuszczalność, jednak przy pewnym stężeniu następuje uszkodzenie otoczki solwatacyjnej. co powoduje wytrącanie osadu białek z roztworu (wysalanie).

Funkcje białek (za wyjątkiem tych przeznaczonych do spożycia) są całkowicie uzależnione od ich trójwymiarowej struktury. Istnieje kilka czynników, które mogą ją zakłócić, powodując denaturację: zmiany pH, koncentracji soli, temperatury (ogrzewanie), obecność czynników denaturujących.

Żaden z powyżej wymienionych czynników nie powoduje rozpadu wiązań peptydowych, dlatego też pierwszorzędowa struktura pozostaje niezmieniona. Denaturacja (rozpad drugo- i trzeciorzędowej struktury) powoduje jednak utratę kształtu i właściwych funkcji białka. Przy niewielkim stopniu denaturacji białka usunięcie czynnika denaturującego powoduje odzyskanie utraconych właściwości.

W żywności przetworzonej, ogrzewanej, czy zamkniętej w puszkach, zdecydowana większość białek występuje w formie zdenaturowanej. W wyniku zastosowanej obróbki termicznej zniszczeniu ulegają białka enzymatyczne, odpowiedzialne za niekorzystne przemiany składników żywności.

Właściwości funkcjonalne białek - wynikające z ich oddziaływań z wodą, innymi białkami, sacharydami, lipidami i jonami - umożliwiają osiągnięcie pożądanych cech sensorycznych żywności. Białka rozpuszczalne w wodzie tworzą roztwory koloidowe. Szereg czynników może spowodować proces koagulacji roztworów białkowych, czego objawem jest pojawianie się zmętnienia. Takie cechy funkcjonalne, jak: lepkość, żelowanie, pęcznienie, zwilżanie się, rehydratacja, utrzymywanie wody, rozpuszczalność, pienienie się, tworzenie błon, ciast, włókien i emulsji, stabilizowanie emulsji, powodują, że białka mogą wpływać na barwę, soczystość i teksturę produktów spożywczych. Odgrywają również istotną rolę przy rozdrabianiu, mieszaniu i formowaniu artykułów żywnościowych. Dlatego ilość tego składnika w surowcach wykorzystywanych w przetwórstwie żywności decyduje często o prawidłowym przebiegu procesu produkcyjnego oraz o jakości gotowego wyrobu.

Bogatym źródłem białka są jaja, mleko i produkty mleczne, mięso zwierząt hodowlanych oraz ryby. Produkty te zawierają białka o wysokiej wartości odżywczej, tzw. białka pełnowartościowe, w skład których wchodzą wszystkie egzogenne aminokwasy w proporcjach zapewniających ich maksymalne wykorzystanie przez organizm ludzki.

Większość artykułów pochodzenia roślinnego zaliczana jest do produktów nisko-białkowych, gdyż obecne w nich białka są niepełnowartościowe i posiadają niższą wartość odżywczą. Wprawdzie nasiona roślin strączkowych (szczególnie soi) zawierają znaczne ilości białka, ale jest ono niepełnowartościowe z powodu niewystarczającej zawartości metioniny. Także wartość odżywcza zbóż jest ograniczona z powodu niedostatecznej zawartości lizyny. Wartość odżywczą białka określa się przez porównanie składu białka ze wzorcem FAO (zgodnie z Kodeksem Żywieniowym Światowej Organizacji Zdrowia FAO/WHO), wyznaczając wskaźnik aminokwasu ograniczającego, który określa stopień wykorzystania aminokwasów danego białka do budowy białek ustrojowych. Białka pełnowartościowe charakteryzują się wysoką wartością wskaźnika aminokwasu ograniczającego. Według WHO właściwy poziom spożycia białka w przeliczeniu na pełnowartościowe białko zwierzęce dla dorosłego mężczyzny i kobiety wynosi odpowiednio 0,57 i 0,52 g na każdy kilogram masy ciała.

Przemiany białek w procesie przechowywania i przetwarzania żywności Należą do nich: 1.Zmiany cieplne. Ogrzewanie do pewnej temperatury powoduje denaturację białek. Zatem gotowanie, pieczenie, smażenie, pasteryzacja, czy sterylizacja zmienia sensoryczne i żywieniowe właściwości żywności. Zmiany te mogą być korzystne lub niepożądane.2. Zmiany enzymatyczne. W przemyśle mięsnym i rybnym ogrzewanie ma bardzo często na celu unieczynnienie endogennych enzymów, które mogą wywołać niekorzystne zmiany rozkładowe.3. Zmiany barwy. Wskutek ogrzewania produktów białkowych powstają brunatne związki (w reakcji Maillarda, polegającej na oddziaływaniu grup aminowych białek i aminokwasów z grupami karbonylowymi cukrów redukujących, powstają ciemno zabarwione produkty, tzw. brunatnienie nieenzymatyczne).4. Powstawanie lotnych związków zapachowych.

Obróbka cieplna prowadzi do powstania pożądanych, jak i niepożądanych cech zapachowych. Lotne związki zapachowe tworzą się wskutek termicznego rozkładu białek i utleniania reszt aminokwasów. 5. Wpływ na wartość żywieniową.

Wskutek obróbki cieplnej w optymalnych warunkach wykształcają się w żywności pożądane cechy sensoryczne (barwa, zapach, smak i właściwości Teologiczne). Denaturacja zwiększa strawność białka. Unieczynnieniu ulegają białkowe składniki przeciwżywieniowe (inhibitory proteaz). Obróbka prowadzi również do inaktywacji niepożądanych enzymów (mirozynazy, lipaz, proteaz) oraz niszczenia toksyn endogen¬nych i bakteryjnych.

Metody oznaczania zawartości białek w produktach spożywczych

•pośrednie: zawartość białka obliczana jako iloczyn masy azotu ogólnego i przeciętnej zawartości azotu w białku, np. metoda Kjeldahla lub Sórensena (miareczkowanie formolowe);

•bezpośrednie:

-wagowe.

-kolorymetryczne, wykorzystujące do kalibracji białka worcowe, oparte na wbudowaniu barwników (czerń amidowa 10B, Coomassie Blue G-250), biuretowa (barwne kompleksy z jonami Cu), Lovry'ego (reakcja biuretowa i redukcja odczynnikiem Folina-Ciocalteu) oraz metoda immunoenzymatyczna (elisa) - tworzenie połączeń specyficznych przeciwciał z oznaczanym białkiem oraz odpowiednim enzymem, który z substratem tworzy barwny związek; natężenie barwy oznacza się spektrofotometrycznie,

-refraktometryczne,

-nefelometryczne.

Metody pośrednie (np. metoda Kjeldahla) polegają najczęściej na określeniu zawartości azotu, a następnie przeliczeniu go na białko przy użyciu odpowiednich współczynników przeliczeniowych. W produktach spożywczych oznacza się tzw. azot ogólny, w skład którego obok azotu białkowego - wchodzi azot niebiałkowy (aminokwasowy) i pochodzący z innych związków organicznych. Przeciętna zawartość azotu w białkach wynosi około 16%, dlatego też dla tzw. białka surowego współczynnik przeliczeniowy wynosi 6,25 (100:16 = 6,25). Ponieważ białka produktów spożywczych różnią się między sobą zarówno składem jakościowym, jak i ilościowym białek, odmienna jest także zawarta w nich ilość azotu. Dlatego też dla poszczególnych produktów spożywczych stosuje się różne wskaźniki przeliczeniowe, np. dla białka jaja kurzego - 6,67, białka mleka - 6,38, białka mięsa - 6,25, czy dla białka żyta, pszenicy i owsa - 5,70. Stosowane mnożniki podaje się obok oznaczonej zawartości białka, np. dla mleka 6,38. Metody pośrednie można stosować tylko wówczas, gdy badany produkt nie zawiera innych związków azotowych lub zawiera ich bardzo mało.

METODA KJELDAHLA Pozwala na oznaczenie azotu ogólnego (pochodzącego z jonów amonowych oraz związków zawierających grupy amidowe, aminowe i iminowe) i pośrednio białka (z wykorzystaniem odpowiednich przeliczników). Obejmuje następujące etapy:

Mineralizacja - spalenie próbki, polega na intensywnym utlenieniu i przekształceniu związków organicznych w nieorganiczne pod wpływem kwasów utleniających.

*Rozkład kwasu siarkowego (VI) z uwolnieniem tlenu:

i temp.) 2H2S04 ->temp 2S02 + 02 + 2H20

*Utlenienie substancji organicznych z uwolnieniem dwutlenku węgla, wody i amoniaku: Substancje azotowe + 02 ->temp, kat. C02 + H20 + NH3

*Przechodzenie amoniaku w siarczan amonowy: 2NH3 + H2S04 -»(NH4)2S04

*Oddestylowanie amoniaku z parą wodną odbywa się w warunkach podwyższonej temp. i nadmiaru zasady:
(NH4)2S04 + 2NaOH -» Na2S04 + 2H20 + 2NH3

*Wydzielony amoniak jest wiązany w nadmiarze kwasu borowego:

NH3T + H3B04 -> (NH4)H2B03

i oznaczany poprzez miareczkowanie mianowanym roztworem kwasu solnego (lub siarkowego): (NH4)H2B03 + HC1 -» NH4C1 + H3B03

Ilość azotu wylicza się na podstawie ilości moli zużytego HC1 (1 mol HC1 odpowiada 14 g azotu) i przelicza się na zawartość % białka.

Metody spektrofotometryczne wykorzystuje się do oznaczania frakcji rozpuszczalne; w białkach, która decyduje o właściwościach funkcjonalnych surowca. Ma to szczególne znaczenie w analizie jakości preparatów białek roślinnych i zwierzęcych oraz przy ocenie mięsa ryb składowanego przez dłuższy czas w warunkach zamrażalniczych.

W metodzie biuretowej wykorzystano reakcję zachodzącą w środowisku zasadowym pomiędzy wiązaniami peptydowymi a jonami miedzi Cu +, w wyniku której powstają barwne kompleksy. Stosowanie tej metody jest ograniczone obecnością soli amonowych, które również dają reakcję barwną z jonami miedzi. Metodą oznacza się stężenie białka rzędu 1-10 mg/ml.

Metoda Lovry'ego służy do oznaczania rozcieńczonych roztworów białek (stężenie białka 10-100 pg/ml). Oznaczenie przebiega w dwóch etapach: w pierwszym następuje przyłączenie jonów miedzi do białka (reakcja biuretowa), w drugim kompleks białkowo--miedziowy redukuje odczynnik Folina-Ciocolteau fosforomolibdeniano-fosforowolframowy. W wyniku reakcji tworzy się barwny kompleks, którego absorbancja (mierzona przy 750 nm) jest proporcjonalna do stężenia białka.

Analizy ilościowe metodą spektrofotometrii w zakresie nadfioletu (UV) pozwalają oznaczyć zawartość białka w analizowanym produkcie. Białka zawierają aminokwasy aromatyczne (fenyloalaninę, tryptofan oraz tyrozynę), które wykazują zdolność pochłaniania wiązki światła monochromatycznego z zakresu UV, stąd mierzona absorbancja jest proporcjonalna do zawartości białka w próbce.

Również promieniowanie w zakresie podczerwieni (IR) wykorzystywane jest do oznaczania zawartości białka. Selektywne pochłanianie promieniowania elektromagne¬tycznego z tego zakresu przez odpowiednie grupy białek było podstawą konstrukcji urządzeń o nazwie Infratec firmy Tecator, w których oprócz białek ogółem oznaczana jest woda, tłuszcz i kolagen w mięsie.

A. Oznaczanie zawartości białka w mleku metodą formolową

Oznaczenie polega na miareczkowym oznaczeniu ilości jonów wodorowych uwolnionych z białek zobojętnionego wcześniej mleka w reakcji z formaldehydem. Zablokowanie niezwiązanych grup aminowych (przeprowadzenie grup -NH2 w grupy -N=CH2) prowadzi do uwalniania jonów wodorowych, których ilość jest proporcjonalna do zawartości białka w mleku.

B. Oznaczanie zawartości niebiałkowego azotu aminowego metodą Sórensena polega na zablokowaniu grup aminowych wolnych aminokwasów za pomocą aldehydu mrówkowego i miareczkowym oznaczeniu grup karboksylowych mianowanym roztworem NaOH. Liczba uwolnionych grup karboksylowych jest równa liczbie związanych z formaldehydem grup aminowych. Przed oznaczeniem w badanej próbce analitycznej należy wytrącić białka roztworem chlorku baru. Po oddzieleniu osadu (azot białkowy) w przesączu oznacza się azot niebiałkowy.

Charakterystyka cukrów są rozpowszechnioną w przyrodzie grupą wielowodorotlenowych aldehydów i ketonów oraz ich pochodnych. Powstają w roślinach podczas fotosyntezy. Występują jako cukry proste oraz ich polimery - oligosacharydy i polisacharydy.

Cukry proste, czyli monosacharydy, rzadko występują w naturze w postaci wolnej. W tej grupie sacharydów największe znaczenie mają pentozy i heksozy.

Ryboza spełnia ważną rolę w wielu układach fizjologicznych, będąc składnikiem m.in. DNA i RNA, a także ATP i ryboflawiny.

Fruktoza występuje w owocach i miodzie, zaś glukoza jest składową bardziej złożonych sacharydów.

Oligosacharydy zawierają 2-10 cukrów prostych; w grupie tej najbardziej rozpowszechnione są dwucukry. Dwucukry (disacharydy) są związkami składającymi się z dwóch cukrów prostych, połączonych wiązaniem ghkozydowym. Najbardziej istotne w żywieniu ludzi spośród dwucukrów są laktoza (cukier mleczny), sacharoza (dawniej nazywana cukrem trzcinowym lub buraczanym, a dziś po prostu cukrem) oraz maltoza.

Polisacharydy są wielkocząsteczkowymi polimerami cukrów prostych. W organizmach żywych pełnią rolę strukturalną lub są formą zmagazynowania energii. Należące do tej grupy pentozany (arabinian i ksylan) składają się odpowiednio z pentoz, arabinozy lub ksylozy, natomiast heksozany zawierają w swym łańcuchu heksozy, najczęściej glukozę lub fruktozę. Głównymi polimerami zbudowanymi z glukozy są celuloza, glikogen i skrobia. Różnica między tymi związkami polega na odmiennym sposobie połączenia cząsteczek glukozy (wiązania glikozydowe a lub 8; pozycje 1,4 lub 1,6).

Skrobia - najczęściej spożywany polisacharyd jest polimerem glukozy, zawierającym dwa składniki strukturalne - amylozę i amylopektynę. Ma budowę ziarnistą, charaktery-styczną dla danej rośliny. W stanie surowym jest trudnostrawna; jej podatność na działanie enzymów trawiennych zwiększa się w wyniku pęcznienia, które zachodzi w wyższej temperaturze w środowisku wodnym.

Glikogen występujący w świecie zwierzęcym jest analogiem skrobi, o budowie podobnej do amylopektyny, ale o większym rozgałęzieniu i krótszych łańcuchach bocznych.

Błonnik pokarmowy to zespół substancji budujących ściany komórkowe roślin; nie są trawione ani wchłaniane w przewodzie pokarmowym człowieka. Jest to mieszanina substancji o charakterze polisacharydowym (celuloza, hemicelulozy, pektyny, gumy, śluzy) i niepolisacharydowym (ligniny). Błonnik pomaga zrzucić zbędne kilogramy; chłonąc wodę pęcznieje i wypełnia żołądek, zmniejszając uczucie głodu, a także opóźniając moment, w którym pożywienie opuszcza żołądek. Drażniąc mechanicznie ściany jelita usprawnia proces wchłaniania składników odżywczych. Obniża poziom cholesterolu i triglicerydów we krwi, stabilizuje stężenie glukozy oraz oczyszcza organizm z toksyn i metali ciężkich.

Węglowodany przyswajalne obecne w pożywieniu pełnią funkcję energetyczną. Nadmiar dostarczonej energii jest metabolizowany do tłuszczu odkładanego w tkance podskórnej. Produkty zawierające węglowodany różnią się miedzy sobą tzw. indeksem glikemicznym. Indeks glikemiczny (wskaźnik glikemiczny) pozwala klasyfikować produkty żywnościowe na podstawie ich wpływu na poziom glukozy we krwi w 2-3 godziny po ich spożyciu (glikemia poposiłkowa). Obliczany jest jako średni procentowy wzrost stężenia glukozy we krwi po spożyciu przez reprezentatywną statystycznie próbkę ludzi porcji produktu zawierającej 50 g przyswajalnych węglowodanów. Wzrost poziomu cukru we krwi w przypadku spożycia 50 gramów glukozy przyjęto jako podstawę skali (100%). Do produktów o wysokim indeksie glikemicznym (powyżej 70) należą: daktyle suszone (103), ziemniaki gotowane (95), chleb biały (95), chipsy (90). Niski indeks posiadają np. figi suszone (35), fasola biała (40), chleb pumpernikiel (40).

Przemiany cukrów występujących w żywności

a)reakcje hydrolizy skrobi, szczególnie w niższych temperaturach,

b)wzrost rozpuszczalności skrobi w temperaturach powyżej 70°C,

c)zmiany zawartości skrobi podczas dojrzewania owoców i warzyw.

Metody oznaczania zawartości cukrów w żywności

a)fizyczne:

-densymetryczne, oparte na pomiarze gęstości wodnych roztworów za pomocą areometru lub pikometru,

-refraktometryczne, oparte na pomiarze współczynnika załamania światła przez cząsteczki cukru rozpuszczonego w wodzie,

-polarymetryczne, wykorzystujące zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzo¬wanego przez cząsteczki cukrów w roztworze wodnym,

b)chemiczne:

-miareczkowe - wykorzystujące właściwości redukujące cukrów w stosunku do jonów Cu +, wynikające z obecności w cząsteczkach cukrów wolnych grup karbonylowych,

-absorpcyjne (kolorymetryczne) - oparte na pomiarze absorbancji związków barwnych powstających w wyniku reakcji chemicznych cukrów z różnymi odczynnikami,

-chromatograficzne (GLC, HPLC),

-enzymatyczne.

Przygotowywanie próbek do analizy cukrów

W celu oznaczenia sacharydów w produktach stałych należy je rozpuścić w wodzie lub wodnych roztworach alkoholi. Uzyskane w ten sposób roztwory zawierają z reguły wiele substancji przeszkadzających w metodach analitycznych, stąd należy je oczyścić. Substancje przeszkadzające (barwniki, białka, lipidy, inne substancje niesacharydowe o właściwościach redukcyjnych) usuwa się przez klarowanie i odbiałczanie.

W przypadku oznaczania sacharydów metodami chemicznymi jedną z najlepszych metod odbiałczania i klarowania (usuwania związków wielkocząsteczkowych: białek, pektyn, garbników) jest metoda Carreza. Stosuje się w niej dwa płyny Carreza (heksacy-janożelazian (II) potasu i siarczan (VI) cynku), które dodaje się w jednakowej objętości. W trakcie klarowania zachodzi następująca reakcja:

2 ZnS04 + K4Fe(CN)6 -> Zn2Fe(CN)6 + 2 K2S04

Powstający w reakcji koloidalny heksacyjanożelazian (II) cynku, opadając w formie osadu, współstrąca ze sobą związki wielkocząsteczkowe. Do klarowania stosuje się także w zależności od produktu - wodorotlenek miedzi (II), octan ołowiu (II), azotan (V) rtęci (II) z wodorotlenkiem sodu, kwas chlorooctowy, 70% etanol, aceton.

Oznaczanie zawartości cukrów redukujących metodą Luffa—Schoorla polega na redukcji jonów Cu2+zawartych w płynie Luffa przez cukry redukujące obecne w badanym roztworze. Przebiega w dwóch etapach: I. próba ślepa ustala zużycie mianowanego roztworu tiosiarczanu sodu do zmiareczkowania jodu wydzielonego przez całkowitą ilość miedzi, zawartą w określonej objętości płynu Luffa. '

2 CuS04 + 4 KI -»2 K2S04 + Cu2I2 + I2 I2 + 2 Na2S203 -> 2NaI + Na2S406

II. próba właściwa polega na redukcji części miedzi w tej samej objętości płynu Luffa badanym roztworem cukru, a następnie redukcji nadmiaru jonów Cu2+ za pomocą jodku potasu, z wydzieleniem jodu. Jod miareczkowany jest mianowanym roztworem Na2S2O3 w obecności skrobi jako wskaźnika.

R-CHO + 2 CuO ->Cu20 + R-COOH cukier Cufll)Cu(I kw. glukonowy

2 C11SO4 + 4 KI 2 K2S04 + Cu2I2 + I2 I2 + 2Na2S203 -> 2 Nal + Na2S4O6

Objętość tiosiarczanu sodu, odpowiadającą ilości Cu(II) podlegającej redukcji przez cukry zawarte w oznaczanej próbce, oblicza się z różnicy dwóch miareczkowań (próby ślepej i właściwej), a następnie przelicza z tabel na zawartość oznaczanego cukru.

Oznaczanie zawartości cukrów prostych w miodzie pszczelim Oznaczenie polega na bezpośrednim miareczkowaniu wrzącej mieszaniny roztworów Fehlinga I i II odpowiednio rozcieńczonym roztworem sacharydu (0,1-0,4%) w obecności błękitu metylenowego jako wskaźnika końca miareczkowania (odbarwienie barwnika następuje dopiero po zredukowaniu całej miedzi zawartej w płynie Fehlinga).

Oznaczenie zawartości skrobi w ziemniakach metodą polarymetryczną polega na rozpuszczeniu skrobi z ziemniaka w roztworze kwasu solnego, sklarowaniu roztworu i pomiarze kąta skręcenia płaszczyzny drgań światła spolaryzowanego liniowo dla otrzymanego roztworu.

Enzymy to biokatalizatory białkowe przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne poprzez obniżenie ich energii aktywacji. Niemal wszystkie reakcje chemiczne związane z funkcjonowaniem organizmów żywych wymagają współudziału enzymów, by osiągnąć wystarczającą wydajność.

Ogólny schemat reakcji katalizowanej przez enzym jest następujący:

E+S ->ES ->E+P

Enzym łączy się z substratem w miejscu nazywanym centrum aktywnym enzymu, tworząc przejściowy, nietrwały kompleks enzym-substrat. Następują wówczas przesunięcia w układzie elektronów zgrupowanych dookoła określonych wiązań chemicznych w substracie, sprzyjające rozluźnieniu tych wiązań, dlatego substrat staje się bardziej aktywny. Kompleks enzym-substrat rozpada się, czemu towarzyszy powstawanie produktów reakcji i zregenerowanie enzymu.

Charakterystyczną cechą wszystkich enzymów jest ich specyficzność działania i duża aktywność katalityczna. Przyspieszają one reakcje chemiczne co najmniej milionkrotnie. Enzymy obniżają energię aktywacji potrzebną do zapoczątkowania reakcji, dzięki czemu zwiększa się jej szybkość. Są wysoce specyficzne wobec substratów, pojedyncza cząsteczka enzymu katalizuje najczęściej tylko jeden rodzaj reakcji. Dzieje się tak dlatego, że struktura białkowa danego enzymu pasuje tylko do jednego typu wiązań, co określa się jako specyficzność.

Zdolność katalityczna enzymu, czyli jego aktywność, wyraża wzrost szybkości rekcji w ściśle określonych warunkach. Zazwyczaj szybkość reakcji jest wyrażana jako zmiana stężenia substratu lub produktu w jednostce czasu.

Jednostką aktywności enzymatycznej, stosowaną w układzie SI, jest katal. Odpowiada on przekształceniu 1 mola substratu lub wytworzenia 1 mola produktu w ciągu 1 s. Standardowo stosowana jest jednak międzynarodowa jednostka aktywności enzymu (IU) -ilość enzymu, która katalizuje przemianę jednego mmola substratu w ciągu jednej minuty w temperaturze 30°C w standardowych warunkach (1 IU = 16,7 nkat).

Na szybkość przebiegu reakcji enzymatycznej wpływają: temperatura, pH, siła jonowa, stężenie substratu, stężenie enzymu, obecność aktywatorów, obecność inhibitorów.

Wzrost temperatury zwiększa szybkość reakcji enzymatycznych, ale tylko w pewnym zakresie. Ponieważ enzym jest substancją białkową, wzrost temperatury powyżej temperatury optymalnej dla jego działania powoduje stopniową denaturację i zanik zdolności katalitycznych. Optymalna dla działania enzymów temperatura zależy od ich pochodzenia, np. dla enzymów zwierzęcych zbliżona jest do temperatury ciała.

Do utrzymania aktywności katalitycznej enzymy wymagają odpowiedniego odczynu pH środowiska. Dla większości enzymów optymalne jest pH 5,5-7,4. Znane są jednak enzymy, które działają najlepiej w środowisku kwaśnym (np. pepsyna w pH 1,5-2,7) lub zasadowym (trypsyna, chymotrypsyna - pH 8-9). Środowisko silnie kwaśne i silnie zasadowe z reguły działa denaturująco, niszcząc nieodwracalnie aktywność enzymów. Niewielkie zmiany pH nie dezaktywują enzymu, ale obniżają szybkość reakcji, ponieważ, wpływając na stopień jonizacji enzymu i substratu, zmieniają warunki tworzenia się kompleksu enzym-substrat.

Enzymy mogą podlegać zarówno inhibicji, jak i aktywacji przez różne specyficzne cząsteczki lub jony (inhibitory, aktywatory). Substancje hamujące działanie enzymów to inhibitory reakcji enzymatycznych. Rozróżnia się dwa typy inhibicji (hamowania) enzymów: nieodwracalną i odwracalną. W inhibicji nieodwracalnej inhibitor wiąże się kowalencyjnie z enzymem tak silnie, że jego dysocjacja jest niemożliwa. W tym przypadku enzym ulega unieczynnieniu lub całkowitemu zniszczeniu. W inhibicji odwracalnej szybko osiągany jest stan równowagi w układzie enzym-inhibitor. Hamowanie aktywności enzymów ma szczególnie istotne znaczenie dla kontroli fizjologicznej ich działania w układach biologicznych. W ten sam sposób działa również wiele leków i czynników toksycznych.

Enzymy w klasyfikacji międzynarodowej oznakowane są specyficznymi cztero-pozycyjnymi numerami, np. [EC 3.2.1.24], w których pierwsza cyfra oznacza numer klasy, na które podzielono enzymy wg typu katalizowanej reakcji:

1)oksydoreduktazy,2)transferazy,3)hydrolazy,4)liazy,5)izomerazy,6)ligazy.

Wykorzystanie enzymów w przemyśle spożywczym

Enzymy są stosowane w przemyśle chemicznym, spożywczym i innych, głównie jako niezwykle specyficzne, bezpieczne w użyciu katalizatory. Jednakże ich wadą jest wrażliwość na skrajne warunki (np. temperatura, pH), niestabilność w środowiskach innych niż wodne (np. rozpuszczalników organicznych) oraz stopniowa degradacja podczas użytkowania. Także wysoka specyficzność, istotna z punktu biologicznego, w przemyśle jest ograniczeniem ich uniwersalności. Kataliza enzymatyczna stanowi podstawę najstarszych procesów technologicznych, dotyczących przetwórstwa żywności, tj. fermentacje alkoholowe czy wytwarzanie serów. Jednak o świadomym wykorzystywaniu enzymów można mówić dopiero na przełomie XIX i XX wieku. Obecnie w przemyśle spożywczym wykorzystywane jest około 100 enzymów, a ich liczba rośnie z roku na rok, ze względu na ogromny postęp w dziedzinie biotechnologicznej syntezy enzymów, który przyczynia się do obniżenia kosztów samych preparatów enzymatycznych.

Zastosowanie	Używane enzymy	Cel
Przemysł piekarniczy	a-amylazy grzybowe proteazy	katalityczne przyspieszenie rozkładu skrobi z mąki obniżenie poziomu białka w mące
Przemysł fermentacyjny	amylazy, glukanazy, proteazy proteazy	rozkład polisacharydów oraz białek słodu i zacieru usuwają zmętnienia produktu
Soki owocowe	celulazy. pektynazy	klarują soki (rozkład celuloz) i pektyn)
Przemysł skrobiowy	izomeraza glukozowa	konwersja glukozy do fruktozy podczas produkcji syropów wysokofruktozowych
Zmiękczacze mięsa	papaina	rozmiękczanie mięsa przy gotowaniu
Mleczarstwo	podpuszczka lipazy laktaza	produkcja serów twardych, przyspieszanie procesu dojrzewania rozkład laktozy do glukozy i galaktozy
Żywność dla niemowląt	trypsyna	do wstępnego nadtraw ianiajedzenia

Technologiczne znaczenie enzymów mleka

Surowe mleko krowie może zawierać aż 60 enzymów pochodzących z komórek gruczołu mlekowego, osocza krwi oraz leukocytów. O zawartości enzymów w mleku decyduje gatunek zwierzęcia, rasa, wiek, liczba laktacji, okres laktacji, czynniki żywieniowe, stan zdrowia zwierzęcia. Obecność białek enzymatycznych w mleku ma istotne znaczenie technologiczne - kształtują one smak, konsystencję, stabilność produktów mleczarskich, są wskaźnikami poziomu obróbki cieplnej mleka oraz czynnikami bakteriobójczymi. Dzielą się na hydrolazy (m.in. lipaza lipoproteinowa, fosfataza alkaliczna i kwaśna, lizozym) i enzymy oksydoredukcyjne (peroksydaza, katalaza).

Fosfataza alkaliczna występuje w fazie tłuszczowej mleka. Jest najważniejszym rodzimym enzymem mleka. Hydfolizuje większość fosforanowych wiązań estrowych, uwalniając przy tym nieorganiczny fosfor, działa na ATP, ADP i AMP. W czasie pasteryzacji ulega całkowitej inaktywacji, dlatego jest stosowana jako wskaźnik skuteczności pasteryzacji w niskiej temperaturze (65°C).

Katalaza jest wytwarzana przez bakterie. Katalizuje rozkład H2O2 do wody i tlenu w fazie tłuszczowej oraz odtłuszczonej mleka. Poziom tego enzymu zależy od stanu zdrowia krowy - stąd rola tego enzymu w rozpoznawaniu mastitis. Pasteryzacja w 90-92°C niszczy ją momentalnie, a w 65-70°C po 30 minutach.

Pasteryzacja polega na ogrzewaniu materiału do temperatur nie przekraczających 100°C (przeważnie 65-85°C), ma ona na celu zniszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych i unieszkodliwienie form wegetatywnych innych mikroorganizmów.

Wyróżnia się następujące sposoby pasteryzacji:

•pasteryzację niską lub długotrwałą, polegającą na ogrzewaniu w temp. 63-65°C w czasie 20-30 minut,

•pasteryzację momentalną, polegającą na ogrzaniu do temp. 85-90°C i natychmiastowym schłodzeniu,

•pasteryzację wysoką, w której stosuje się ogrzewanie w temp. od 85°C do prawie 100°C, w czasie od co najmniej 15 s do kilku, a czasem i kilkudziesięciu minut.

Zastosowanie enzymów do określania efektu pasteryzacji mleka spożywczego

Fosfataza zasadowa, enzym o wysokiej aktywności w mleku surowym, jest bardzo wrażliwy na działanie temperatury i jest rozkładany całkowicie w temp. 64°C w ciągu 15 min, a przy 75-80°C momentalnie. Fosfataza zasadowa obecna w mleku katalizuje rozkład p-nitrofenylofosforanu z uwolnieniem p-nitrofenolu, który w środowisku alkalicznym posiada żółte zabarwienie. Brak zabarwienia wskazuje na nieobecność fosfatazy w mleku.

Badanie aktywności amylaz słodu jęczmiennego Oznaczenie polega na ustaleniu optymalnych warunków scukrzania skrobi (rozkład hydrolityczny) w obecności amylaz słodu jęczmiennego. Postęp reakcji może być kontrolowany jako:

•ubytek skrobi - próba z I2,

•powstawanie cukrów redukujących - reakcja Fehlinga.

Witaminy to grupa związków chemicznych, które są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu i muszą być dostarczone z pożywieniem, ponieważ nie są syntetyzowane przez organizm człowieka. Są potrzebne w bardzo małych ilościach - od kilku mikrogramów do kilkudziesięciu miligramów - nie są materiałem budulcowym ani energetycznym. Są jednak niezbędne dla wzrostu i rozwoju organizmu oraz prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych. Spełniają na ogół rolę katalizatorów biologicznych. Mechanizm działania witamin jest różny, jednak wszystkie wpływają w sposób bezpośredni lub pośredni na komórkowe procesy metaboliczne, najczęściej jako koenzymy.

Niedobór witaminy w organizmie powoduje hipowitaminozę, a jej brak chorobę zwaną awitaminozą. Już niewielkie niedobory witamin mogą prowadzić do różnego rodzaju zaburzeń oraz zwiększać ryzyko występowania tzw. chorób cywilizacyjnych. Nadmierne spożycie lub przedawkowanie niektórych z nich jest również bardzo szkodliwe i może być przyczyną powstawania schorzenia spowodowanego ich nadmiarem - hiperwitaminozy, z objawami zatrucia. Witaminy dzielą się na rozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalne w tłuszczu. Do witamin rozpuszczalnych w wodzie zalicza się: Witamina Bi (tiamina) - bogatym źródłem tej witaminy są: wieprzowina, wątroba, drożdże, groch, orzechy, pełne ziarna zbóż, płatki owsiane, ostrygi, ziarno słonecznika, kiełki pszenicy, mleko. Tiamina stanowi fragment koenzymu niezbędnego do metabolizmu energii, odpowiada za prawidłowy stan tkanki nerwowej, metabolizm cukrów i lipidów. Nadmierna jej ilość może doprowadzić do uszkodzenia systemu nerwowego, wywołując nadwrażliwość, osłabienie organizmu, bezsenność, bóle głowy. Witamina B2 (ryboflawina) - bogatym źródłem tej witaminy są: mleko oraz produkty mlekopochodne, jaja, drożdże oraz większość zielonych warzyw, tj. szpinak, brokuły, szparagi. Nie poznano do tej pory skutków przedawkowania tej witaminy. Witamina B3 (niacyna, witamina PP, kwas nikotynowy, amid kwasu nikotynowego) -dzienne zalecane spożycie wynosi 6,6 mg NE (równoważników niacyny) przeliczane na 1000 kcal lub 13 mg/dzień. Witamina B3 występuje w czerwonym mięsie, drobiu, rybach, grzybach, szparagach. Zbyt duża dawka witaminy B3 w organizmie działa szkodliwie na układ nerwowy, na poziom lipidów oraz cukru we krwi, natomiast jej brak prowadzić może do choroby zwanej pelagrą, inaczej rumieniem lombardzkim. Witamina B5 (kwas pantotenowy) - bogate źródło kwasu pantotenowego to czerwone mięso, drób, ryby, ziarna zbóż, warzywa. Oznakami niedoboru są: zmęczenie i bezsenność, czasami wymioty.Witamina B6 (pirydoksyna, pirydoksal, adermina) - witamina ta odgrywa bardzo istotną rolę w metabolizmie aminokwasów. Zapotrzebowanie w organizmie na witaminę Bo jest proporcjonalne do spożycia białka. Najlepszymi źródłami są: mięso czerwone, drób, ryby, ziemniaki, niektóre owoce i warzywa. Nadmierna ilość tej witaminy w organizmie ujawnia się dopiero po pewnym czasie, powodując uszkodzenia systemu nerwowego. Objawami mogą być: drętwienie stóp, brak czucia w dłoniach, bóle głowy, zmęczenie. Czasami uszkodzenia są nieodwracalne, pomimo tego, iż po Witamina B9 (folacyna, kwas foliowy) - bogate w tę witaminę są szczególnie warzywa zielonych liściach. Nieco mniejszą ich ilość zawierają także: mleko i mięso. Wysokie stężenie kwasu foliowego może ujawniać się: bezsennością i ogólnym zdenerwowaniem, natomiast brak tej witaminy w organizmie prowadzi do anemii.

Witamina B12 (kobalamina, cyjanokobalamina) - znajduje się w produktach pochodzenia zwierzęcego. Witamina H (biotyna) - dzienna bezpieczna dawka to 30-100 mg. Witamina ta odgrywa istotną rolę w metabolizmie węglowodanów, tłuszczów oraz białek. Witamina C (kwas askorbinowy).

Wszystkie wymienione związki, poza kwasem askorbinowym, stanowią grupę witamin B. Niektórzy zaliczają także do witamin grupy B takie związki, jak: cholina, inozytol, kwas paraaminobenzoesowy (PABA), czy też kwas pangamowy (witamina B]5). Należy pamiętać, że działaniem fizjologicznym określonej witaminy odznacza się w wielu wypadkach kilka związków, np. witaminą PP jest kwas nikotynowy i amid tego kwasu, witaminą BÓ -pirydoksyna, pirydoksal i pirydoksamina, witaminą C - kwas askorbinowy i kwas dehydroaskorbinowy.

Do witamin rozpuszczalnych w tłuszczach należą: Witamina A (retinol i jej prowitamina B-karoten) - odgrywa ona bardzo ważną rolę w procesie widzenia, jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania rogówki 1 komórek nabłonka. Źródłami witaminy A są: warzywa (marchew, bataty, szpinak), mleko, jaja, ser, masło. Niedobór tej witaminy ujawnia się krótkotrwale po zaprzestaniu jej przyjmowania i może być bardzo poważny w skutkach. Witamina D ( kalcyferol) - bogatym źródłem są: wątroba, ryby, jaja oraz wzbogacane tą witaminą mleko i margaryna. Nadmiar tej witaminy prowadzi do zwiększenia stężenia we krwi wapnia, a ten z kolei do powstawania kamieni nerkowych. Objawami toksyczności witaminy D są: bóle głowy, nadmierne pragnienie, drażliwość, brak apetytu, apatia. Witamina E (tokoferol) - dzienne zalecane spożycie wynosi: 8 mg dla kobiet oraz 10 mg dla mężczyzn. Najlepszymi źródłami są oleje roślinne (np. olej sojowy, olej z kiełków pszenicy). Niewielkie ilości znajdują się także w mleku. Witamina ta ulega zniszczeniu pod wpływem ciepła, dlatego zalecane jest spożywanie żywności, która nie uległa obróbce cieplnej. Niedobór prowadzić może do tzw. hemolizy krwinek. Witamina K (filochinon) - duża ilość tej witaminy syntetyzowana jest w przewodzie pokarmowym poprzez specjalne grupy bakterii. Źródłem mogą być: wątroba, mleko, pomidory oraz warzywa kapustne. Brak w organizmie witaminy K powoduje zaburzenia krzepliwości krwi, natomiast zbyt duże jej stężenie może wystąpić tylko u osób przyjmujących ją w formie rozpuszczalnych w wodzie suplementów. Objawami mogą być żółtaczka, uszkodzenie mózgu i hemoliza krwinek czerwonych.

Charakterystyka witaminy C stanowią dwa związki - kwas L-askorbinowy oraz jego postać utleniona -kwas L-dehydroaskorbinowy (rys. 16). W obecności tlenu kwas L-askorbinowy bardzo łatwo ulega utlenieniu do formy dehydro-, a proces ten przyśpieszają takie czynniki, jak: zasadowe środowisko, jony Cu2+ i Fe3+ oraz wzrost temperatury. Tlen wzmaga działanie oksydazy kwasu askorbinowego, która jest naturalnie zawarta w niektórych produktach spożywczych (np. w ogórku).

W wanmkach beztlenowych kwas L-askorbinowy jest odporny na wysoką temperaturę. Straty witaminy C podczas gotowania wynikają głównie z mniejszej stabilności termicznej formy utlenionej. Kwas askorbinowy dobrze rozpuszcza się w wodzie, a jego roztwory mają kwaśny smak. Związek ten wykazuje silne właściwości redukujące. Syntetyczny kwas L-askorbinowy coraz częściej stosowany jest w przemyśle spożywczym jako przeciwutleniacz (E 300). Uważany jest za nieszkodliwy, jednak przy ciągłym przedawkowywaniu (kilka gram dziennie) może przyczyniać się do powstawania kamieni moczowych w nerkach i pęcherzu.

Głównym źródłem witaminy C są produkty roślinne, świeże owoce i warzywa (tab. 9). W produktach zwierzęcych jest jej bardzo mało, a zatem nie należy rozpatrywać ich jako źródła tej witaminy. Jedynie mleko kobiece, które zawiera witaminę C (ok. 5 mg/100 g) i nie jest gotowane, stanowi dla niemowląt w pierwszych miesiącach życia źródło tej witaminy. Dobra jakość owoców i warzyw, ich właściwe przechowywanie, prawidłowe przetwarzanie w warunkach domowych i przemysłowych mają więc duże znaczenie w równomiernym dostarczaniu odpowiednich ilości witaminy C w ciągu całego roku.

Owoce	Witamina C [mg/lOOg]	Warzywa	Witamina C [mg/lOOg]
Porzeczka czarna	183	Papryka czerwona	144
Truskawki	66	Brukselka	94
Poziomki	60	Papryka zielona	91
Kiwi	59	Kalafior	69
Cytryny	50	Szpinak	68
Pomarańcze	49	Kapusta czerwona	54
Porzeczka czerwona	46	Kapusta biała	48
Jabłka	9	Pomidora	23
Gruszki	5	Kapusta kwaszona	16
		Ziemniaki wczesne	16
		Ziemniaki późne	11
		Ogórki	8
		Cebula	6

Oznaczanie witaminy C metodą miareczkową Ilościowe oznaczanie witaminy C (metodą miareczkową Tillmansa) oparte jest na redukujących właściwościach kwasu L-askorbionowego w stosunku do 2,6-dichoro-fenoloindofenolu (odczynnik Tillmansa) - barwnika, który spełnia też rolę indykatora, odbarwiając się po zredukowaniu. W celu zapobiegania stratom witaminy C w wyniku kontaktu z tlenem atmosferycznym (rozdrabnianie produktów, otwarcie opakowania),

podczas oznaczania jej zawartości w produktach spożywczych stosuje się ekstrakcję lub rozcieńczenie próbek przy użyciu roztworów kwasów (metafosforowego, szczawiowego, solnego), hamujących procesy oksydacyjne.

Mechanizm działania substancji antyodżywczych Produkty spożywcze mogą naturalnie zawierać w swym składzie związki pochodzenia naturalnego o niekorzystaym działaniu na organizm ludzki, tzw. substancje antyodżywcze. Są to wszystkie substancje występujące w żywności, które ograniczają bądź uniemożliwiają wykorzystanie składników odżywczych lub substancje wywierające szkodliwy wpływ na organizm ludzki. Substancje antyodżywcze występujące naturalnie w żywności mogą wykazywać różne mechanizmy działania:

-utrudniają wykorzystanie białek i węglowodanów - ihnibitory enzymów trawiennych,

-zmniejszają optymalne wykorzystanie witamin - enzymy powodujące rozkład witamin do związków nieaktywnych,

-utrudniają wykorzystanie składników mineralnych, tworząc z nimi trudno rozpuszczalne połączenia.

Występowanie substancji antyodżywczych Amigdalina jest związkiem organicznym z grupy glikozydów (rys. 17), naturalnie występującym w nasionach migdałowca zwyczajnego, pigwy pospolitej, fasoli, lnu, sezamu, czeremchy i niektórych drzew owocowych (np. moreli, wiśni, śliw, jabłek, moreli i brzoskwiń). Występuje w pestkach tych owoców, nadając im specyficzny gorzki smak i aromat. W organizmie rozkłada się na glukozę, aldehyd benzoesowy i cyjanowodór. Szczególnie niebezpieczne mogą być nalewki alkoholowe zrobione z tych owoców, zawierające do 3 mg cyjanowodoru na litr. Cyjanowodór (HCN) jest silną trucizną, LD50 wynosi 1,5 mg/kg ciała. W temperaturze pokojowej jest bezbarwną, łatwo parującą cieczą o intensywnym zapachu gorzkich migdałów. Z wodą tworzy słaby kwas cyjanowodorowy. Trujące działanie cyjanowodoru polega na blokowaniu enzymów oddychania tkankowego (oksydazy cytochromowej), skutkiem czego transport tlenu z płuc do tkanek jest zachowany, ale dochodzi do niedotlenienia tkankowego. Blokada wywołana cyjanowodorem jest odwracalna, a jon cyjankowy przechodzi w tio-cyjanianowy i w tej postaci jest wydalany przez nerki. Awidyna jest glikoproteiną występującą w surowym białku jaj. W jelicie łączy się z biotyną (witamina H) i przeciwdziała jej wchłanianiu, co może prowadzić do niedoboru tej witaminy w organizmie.Tioglikozydy to związki posiadające wiązanie S-glikozydowe; występują głównie w roślinach krzyżowych. O antyodżywczym działaniu tych związków decydują powstające z nich tiocyjanki (siarkocyjanki), które konkurują z jonami jodkowymi w procesie wchłaniania w gruczole tarczycowym. Kwas fitynowy występuje w mąkach żytnich, pszennych, ryżowych z grubego przemiału oraz w orzechach. W organizmie wiąże wapń, magnez, cynk i żelazo, czyniąc je nieprzyswajalnymi. Obecność fitynianów w żywności może powodować znaczne straty tych pierwiastków w organizmie.

W szczawiu, szpinaku, rabarbarze, botwinie, a także kakao, kawie i herbacie znajduje się kwas szczawiowy, który w górnym odcinku jelita cienkiego łączy się z wapniem, tworząc trudno rozpuszczalne dla ludzkiego organizmu kryształki szczawianu wapnia. Spożywanie produktów bogatych w kwas szczawiowy hamuje wchłanianie wapnia (czego konsekwencją mogą być np. zaburzenia krzepnięcia krwi) oraz sprzyja powstawaniu kamieni nerkowych. Solanina jest toksycznym glikozydem, występującym w niedojrzałych lub zepsutych, długo przetrzymywanych ziemniakach lub zielonych pomidorach. Działa drażniąco na przewód pokarmowy, mogą również wystąpić zaburzenia ze strony układu nerwowego.

Oznaczanie zawartości cyjanowodoru w napojach alkoholowych polega na oddestylowaniu cyjanowodoru z napoju, a następnie ilościowej analizie cyjanków metodą argentometrycznego miareczkowania odwrotnego. W badanym roztworze strąca się cyjanki (w postaci nierozpuszczalnego w amoniaku cyjanku srebra), dodając w nadmiarze znaną objętość mianowanego roztworu AgN03. Nieprzereagowane jony srebra odmiareczkowuje się mianowanym roztworem rodanku amonu wobec ałunu żelazowo--amonowego jako wskaźnika punktu końcowego miareczkowania. Po wytrąceniu wszystkich jonów srebra w formie AgSCN (nierozpuszczalny w kwasie azotowym) nadmiar dodanego rodanku tworzy z jonami żelaza (III) czerwony kompleks.

CN- + Ag+ —► AgCN

Ag+(nadmiar) + NH4SCN -» AgSCN + NH4+

Fe3+ + 3 NH4SCN Fe(SCN)3 + 3 NH₄⁺

Podział barwników

Najczęściej spotykane barwniki żywnościowe można zaliczyć do czterech grup: pochodne benzopirenu - antocyjany, rozpuszczalne w wodzie barwniki owoców i kwia­tów o barwie od niebieskiej do czerwonej, zaliczane do grupy flawonoidów, pochodne izoprenowe - karotenoidy, żółte barwniki roślinne rozpuszczalne w tłuszczach, betalainy - czerwone i żółte barwniki rozpuszczalne w wodzie, występujące w burakach ćwikłowych, pochodne porfirynowe: chlorofile - zielone barwniki roślinne rozpuszczalne w tłuszczach, hemoglobina, mioglobina - czerwone barwniki mięsa, rozpuszczalne w wodzie.

W produkcji żywności najbardziej popularne są karotenoidy, które naturalnie występują w wielu owocach, warzywach, oleju, rybach, jajach, trawie, itp. Barwniki te mają bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym, gdyż dzięki nim żywność może być barwiona na jaskrawe, soczyste i apetyczne kolory, począwszy od żółtego, poprzez pomarańczowy a skończywszy na czerwonym. Nazwa karotenoidy pochodzi od karotenu - związku, który po raz pierwszy został otrzymany z marchwi.

Ta grupa barwników w swoim naturalnym środowisku jest bardzo trwała. Jednak w procesie produkcji żywności większość z nich traci swoją odporność. Karotenoidy w zmienionym otoczeniu stają się przede wszystkim bardzo wrażliwe na obecność tlenu atmosferycznego, czego ewidentnym przykładem może być proces odbarwiania się powierzchniowej warstwy masła przechowywanego na świetle w pełnym dostępie tlenu. Barwniki karotenoidowe określane są na opakowaniach produktów spożywczych symbolem E-160 i uznawane są za całkowicie bezpieczne dla zdrowia, np. kapsantyna (E-160c) -barwnik pomarańczowo-czerwony, występuje w strąkach papryki czy likopen (E-160d) -czerwony barwnik z pomidorów.

Drugą szeroko rozpowszechnioną grupą naturalnych barwników są związki porfirynowe, występujące zarówno w świecie roślinnym, jak i zwierzęcym. Typowym przedstawicielem tej grupy jest chlorofil - barwnik nadający roślinom zielone zabarwienie. Jest on w praktyce często wykorzystywany do zachowania intensywnej, naturalnej barwy takich produktów, jak groszek, fasola czy szpinak. W przemyśle spożywczym chlorofil określany jest symbolem E-140 i podobnie jak karotenoidy nie budzi większych zastrzeżeń.

W produktach zwierzęcych występują dwa naturalne czerwone barwniki: hemoglobina w czerwonych ciałkach krwi i mioglobina w mięśniach . Obydwa należą do chromoprotein, zawierają układ porfirynowy, w którego centrum jest jon żelaza (II).

W mięsie poubojowym głównym barwnikiem jest mioglobina, która odpowiada za czerwoną barwę mięsa (po połączeniu z tlenem tworzy oksymioglobinę o jaskrawoczerwonej barwie). Zmiana barwy mięsa podczas przechowywania lub gotowania jest natomiast wynikiem przekształcenia w szarobrunatną metmioglobinę, wskutek utlenienia jonu żelaza do postaci Fe (III). Ważnym czynnikiem kształtującym barwę mięsa są również reakcje mioglobiny z tlenkiem azotu, powstającym w wyniku enzymatycznych przemian azota¬nów (V) i (III) podczas peklowania mięsa. Podobnie jak tlen, NO może łączyć się koordynacyjnie z jonem żelaza, tworząc jaskrawoczerwoną nitrozo mioglobinę.

Do całkowicie bezpiecznych barwników naturalnych zaliczane są także antocyjany (E-163), które w zależności od środowiska, w jakim się znajdują, mogą nadawać produktom zabarwienie od czerwonego do niebieskiego. W kwaśnym środowisku przyjmują barwę czerwoną, a w obojętnym lub zasadowym - niebieską lub fioletową. Jeśli występują w kompleksie z jonami glinu lub żelaza (III), to mimo kwaśnego odczynu środowiska również mają barwę niebieską. Antocyjany są związkami nietrwałymi, w środowisku wodnym ulegają odwracalnym i nieodwracalnym przemianom, powodującym istotne zmiany barwy roztworów i produktów.

W grupie antocyjanów wyróżniono 15 typów budowy części aglikonowych, z których 6 spotyka się w naturze najczęściej. Są to:

•cyjanidyna (aronia, wiśnie, czerwona kapusta, żurawina),

•delfmidyna (winogrona, czarne jagody, czarny bez, żurawina),

•pelargonidyna (pelargonia, truskawka),

•peonidyna (czarny bez, peonia),

•malwidyna (winogrona, malwa),

•petunidyna (petunia).

Najbogatszym surowcem antocyjanowym są owoce aronii, które obfitują w różne glikozydy cyjanidyny.

Inne popularne barwniki naturalne to: betanina (E-162) - główny barwnik z czerwonych buraków (rys. 21), należący do grupy betalain. Charakteryzują się one czerwono-fioletową barwą i dużą siłą barwiącą, w niewielkim stopniu zależną od pH. Wykazują niską trwałość podczas ogrzewania i składowania.

Zielone barwniki roślinne Chlorofile są najbardziej rozpowszechnionymi barwnikami roślinnymi. Występują w liściach i innych eksponowanych na światło zielonych częściach roślin. Chlorofil jest zlokalizowany w chloroplastach, gdzie występuje (obok karotenoidów), w postaci kompleksu ze specyficznym białkiem - chloroplastyną. Liście zawierają średnio około 0,25% barwników chlorofilowych, 0,03% ksantofili i 0,015% karotenów. Chlorofile odgrywają bardzo ważną rolę w procesach biosyntezy zachodzących w zielonych częściach roślin. Razem z karo-tenoidami biorą udział w procesie absorpcji energii świetlnej i jej zamianie na energię chemiczną, wykorzystywaną w endoergicznym procesie syntezy związków organicznych z substancji prostych: COs i LLO Chlorofile są magnezoporfirynami. Do porfiryn zaliczane są związki, których podstawowy szkielet stanowi cykliczny układ czterech pierścieni pirolowych, połączonych poprzez grupy metinowe. Jest to układ podobny do struktury żelazoporfirynowej występującej w hemoglobinie, cytochromie i katalazie. W centrum pierścienia porfirynowego wbudowany jest dwuwartościowy jon magnezu, połączony z atomami azotu pierścieni pirolowych. Dla chlorofilu charakterystyczne jest występowanie przy skrajnych atomach węgla pierścieni pirolowych następujących podstawników: reszty kwasu propionowego zestryfikowanej 20-węglowym alkoholem terpenowym - fitolem oraz grupy karboksylowej zestryfikowanej metanolem.

U roślin wyższych występuje chlorofil a (niebieskozielony) i b (zielonożółty), przy czym odmiana a (z grupą -CH3 przy C-3) jest głównym fotoreceptorem i jej zawartość w chloroplastach jest 2-A razy wyższa niż chlorofilu b (z grupą-CHO przy C-3). Chlorofil a różni się od chlorofilu b wyłącznie podstawnikiem przy trzecim atomie węgla. Chlorofile są uważane za najmniej trwałe barwniki roślinne. Charakterystyczną zieloną barwę zachowują tylko w żywych nieuszkodzonych tkankach. W chloroplastach są one powiązane ze specyficznymi białkami, fosfolipidami i sulfolipidami oraz z innymi składnikami i w tej formie są stabilne. Naruszenie tych natywnych struktur przez ogrzewanie, odwadnianie lub działanie rozpuszczalnikami przyspiesza przemiany chlorofili i powoduje zmiany barwy. Do czynników przyspieszających przemiany chlorofili zalicza się: wysoką temperaturę, kwaśne środowisko, enzymy (chlorofilazę, lipooksygenazę i lipazę) oraz tlen i światło. Kierunki przemian i barwa powstających produktów zależą w dużej mierze od pH środowiska.

Charakterystyczną właściwością chlorofili jest możliwość łatwej wymiany jonów Mg" na jony innych metali dwuwartościowych. Efektem tych reakcji jest najczęściej zmiana barwy, np. wprowadzenie jonów Fe"+ daje pochodne chlorofilu o barwie szarobrunatnej, a wprowadzenie do cząsteczki chlorofilu jonów Cu + lub Zn + powoduje zwiększenie stabilności naturalnej zielonej barwy. Chlorofile miedziowane charakteryzują się stabilną zieloną barwą, a miedź wbudowana w pierścień nie jest uwalniana w przewodzie pokarmowym, nie jest więc szkodliwa dla zdrowia.

Barwniki chlorofilowe stosuje się w przemyśle żywnościowym, farmaceutycznym i kosmetycznym, ale ich niska trwałość jest czynnikiem ograniczającym ich stosowanie.

Obecnie produkuje się następujące preparaty barwników chlorofilowych:

-Chlorofil rozpuszczalny w tłuszczach, miedziowany i niemiedziowany, w postaci koncen¬tratów olejowych, etanolowych lub sypkich preparatów;

-Chlorofilina miedziowana, rozpuszczalna w wodzie, w postaci sypkich preparatów soli sodowych lub potasowych.

Poza dużą siłą barwiącą chlorofile mają także pewne właściwości biologiczne: wykazują działanie bakteriostatyczne oraz ułatwiają regenerację uszkodzonych tkanek.

Oznaczanie zawartości chlorofili w warzywach zielonych Zasada metody

Widmo absorpcyjne chlorofilu w zakresie widzialnym ma dwa maxima (rys. 23), w zakresie 412—430 nm i 635-670 nm (w zależności od rozpuszczalnika). Metoda MacKinney'a pozwala, na podstawie absorpcji 80% acetonowego ekstraktu chlorofdu przy długościach fali X = 663 nm i 645 nm, określić stężenia formy a i b bez ich wstępnego rozdzielania oraz bez oddzielania od żółtych barwników.

---