Tłuszcze w żywności
Charakterystyka tłuszczów właściwych
Tłuszcz surowy to suma naturalnych związków organicznych, takich jak: glicerydy, wolne kwasy tłuszczowe, sterole, witaminy i barwniki rozpuszczalne 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. 105°C.
Tłuszcze właściwe (glicerydy) są estrami kwasów tłuszczowych i glicerolu. Glicerol może tworzyć estry z jedną, dwoma lub trzema cząsteczkami kwasów tłuszczowych, co prowadzi do powstania mono-, di- lub triacylogliceroli. Triacyloglicerole zawierają zazwyczaj dwie lub trzy różne reszty kwasów tłuszczowych. Tłuszcze naturalne są mieszaniną różnych triacylogliceroli.
Kwasy tłuszczowe budujące tłuszcze naturalne zawierają w swoich cząsteczkach parzyste liczby atomów węgla. Spośród nasyconych kwasów tłuszczowych najczęściej występują kwas palmitynowy C15H31COOH i stearynowy C17H35COOH, a z grupy kwasów nienasyconych- kwas oleinowy CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH. Nienasycone kwasy tłuszczowe mogą zawierać do sześciu podwójnych wiązań w cząsteczce (tzw. kwasy polienowe). W tej grupie znajdują się kwasy potrzebne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka, tzw. niezbędne, nienasycone kwasy tłuszczowe NNKT. Najważniejsze z nich to kwasy linolowy, linolenowy i 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.Tłuszcze w organizmie człowieka pełnią szereg ważnych funkcji: *stanowią materiał energetyczny, *stanowią warstwę termoizolacyjną, niedopuszczającą do utraty ciepła przez organizm *powodują zmniejszenie wydzielania kwasu solnego w żołądku oraz hamują jego skurcze *zwilżają pokarm i ułatwiają jego przełykanie *stanowią składnik błon komórkowych oraz białej masy mózgu *umożliwiają transport w organizmie witamin nierozpuszczalnych w wodzie, zaś rozpuszczalnych w tłuszczach (A, D, E i K) *chronią przed urazami mechanicznymi narządy wewnętrzne oraz zapobiegają ich przemieszczaniu się, *stanowią zapas wody dla organizmu (ich spalanie dostarcza dużych ilości wody).
Przemiany tłuszczów
Tłuszcze spożywcze ulegają wielu przemianom w trakcie przetwarzania, przecho­wywania oraz podczas procesów kulinarnych. Przetwarzanie tłuszczów polega na uwodorowaniu i przeestryfikowaniu.
Proces uwodorowania (utwardzania) jest często stosowany w przemyśle tłuszczowym do zmiany fizycznego i chemicznego charakteru tłuszczów oraz składu występujących w nich kwasów tłuszczowych. Celem tego procesu jest zwiększenie stabilności oksydacyjnej tłuszczów oraz przemiana olejów w produkty plastyczne, z których wytwarza się margaryny i tłuszcze do smażenia.
Proces utwardzania polega na katalitycznym przyłączeniu wodoru do podwójnych wiązań między atomami węgla, występującymi w nienasyconych kwasach tłuszczowych, wobec soli niklu, jako katalizatora. W przemyśle spożywczym prowadzi się częściowe uwodornienie tłuszczów płynnych ze względu na rolę nienasyconych kwasów tłuszczowych w regulowaniu poziomu cholesterolu we krwi.
Przeestryfikowanie (transestryfikacja) polega na zmianie położenia rodników acylowych w triacyloglicerolach. Proces ma na celu uzyskanie tłuszczów modyfikowanych o pożądanych właściwościach reologicznych.
Tłuszcze łatwo ulegają zepsuciu pod wpływem światła, powietrza i enzymów. Jednym z procesów zachodzących w tłuszczach podczas przechowywania jest ich hydroliza. Proces ten polega na rozłożeniu cząsteczek tłuszczu na glicerol i kwasy tłuszczowe. Obecność wody i nawet śladowych ilości białka w tłuszczu przyczynia się do przyspieszenia hydrolizy. Proces przebiega stopniowo i polega na katalitycznej hydrolizie wiązań estrowych z utworzeniem kwasów tłuszczowych i niepełnych acylogliceroli. Te niepożądane przemiany, nazywane jełczeniem hydrolitycznym, są szczególnie uciążliwe w przetworach mlecznych, gdyż powstające krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są przyczyną nieprzyjemnego smaku i zapachu produktu. Zawartość wolnych kwasów tłuszczowych 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 trzy etapy.1) Inicjacja polega na oderwaniu wodoru w obecności inicjatora, z jednoczesnym utworzeniem rodnika alkilowego: RH R*+H*

2. Podczas propagacji zachodzi reakcja rodnika z tlenem cząsteczkowym i utworzenie rodnika nadtlenkowego, który następnie reaguje z nienasyconym lipidem, tworząc wodoronadtlenek oraz nowy rodnik lipidowy. Powstały rodnik łańcuchowo reaguje z kolejną cząsteczką tlenu itd. R* + O2 —> ROO* ROO* + RH -> ROOH + R*

3.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 + 0₂
Szybkość reakcji autooksydacji wzrasta ze stopniem nienasycenia łańcuchów węglowodorowych kwasów tłuszczowych; kwas oleinowy utlenia się 10-40-krotnie wolniej niż kwas linolowy.
Zmiany zachodzące w wyniku procesu autooksydacji noszą nazwę oksydatywnego jełczenia tłuszczów. Jego skutkiem jest pogorszenie cech sensorycznych i wartości żywieniowej tłuszczów, a przy daleko posuniętym procesie utleniania tłuszczów mogą powstawać różne substancje toksyczne. Wiele wtórnych produktów utlenienia tłuszczów wpływa niekorzystnie na organizm człowieka, działając rakotwórczo, mutagennie na kwasy nukleinowe, niszcząc aktywne biologicznie białka, witaminę 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 podczas smażenia żywności. Zbyt intensywne ogrzewanie może doprowadzić do zmniejszenia wartości żywieniowej samych tłuszczów, a także produktów przygotowywanych z ich udziałem. Wysoka temperatura sprzyja powstawaniu toksycznych produktów ubocznych, m.in. glicerol może ulec przemianie w nienasycony aldehyd akroleinę. Związek ten nadaje nieprzyjemny smak i zapach potrawom oraz działa drażniąco na błony śluzowe spojówek i układ oddechowy, wykazuje też działanie rakotwórcze.
Metody oznaczania zawartości tłuszczów dzieli się na: *ekstrakcyjne( wagowe, np. Soxhleta, Weibulla-Stoldta, refraktometryczne, densymetryczne) *objętościowe (kwasowe np. Gerbera, bezkwasowe) *instrumentalne NIR lub NMR.
Klasyczna metoda Soxhleta, należąca do metod ekstrakcyjno-wagowych jest polecana do oznaczania zawartości tłuszczu w produktach zawierających czyste triglicerydy. Polega na wielokrotnej ciągłej ekstrakcji substancji tłuszczowej z rozdrobnionego i uprzednio wysuszonego produktu za pomocą rozpuszczalnika organicznego, odparowaniu rozpusz­czalnika i wagowym oznaczeniu substancji tłuszczowej. Za koniec ekstrakcji w metodzie Soxhleta przyjmuje się moment, gdy kropla spływająca z ekstraktora na szklaną płytkę lub bibułę filtracyjną po odparowaniu eteru nie zostawi tłustej plamy. Błędy w metodzie Soxhleta związane są z niedostatecznym wysuszeniem próbki, stosowaniem rozpuszczalników niepozbawionych wody, a w przypadku eteru etylowego także nadtlenków.
Oznaczenie zawartości tłuszczu metodą Gerbera polega na wydzieleniu tłuszczu w specjalnym tłuszczomierzu (butyrometrze) po uprzednim rozpuszczeniu otoczek białko­wych emulsji tłuszczowej za pomocą H2SO4. Po odwirowaniu w warstwy tłuszczu procentową zawartość odczytuje się na skali tłuszczomierza.

Białka w żywności
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 b-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 oddziaływana wiązań niekowalencyjnych (jonowych, wodorowych i hydrofobowych) między rożnymi 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 np. 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 siarki 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, *zmiany koncentracji soli, *zmiany temp. *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, źe 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. Wg WHO właściwy poziom spożycia białka w przeliczeniu na pełnowartościowe białko zwierzęce dla dorosłego mężczyzny i kobiety wynosi odpowiednio 0,57 i 0,52g na każdy kg masy ciała.

Przemiany białek w procesie przechowywania i przetwarzania żywności.
Przechowywanie i przetwarzanie produktów wysokobiałkowych związane jest z działaniem szeregu czynników odpowiedzialnych za występowanie szeregu przemian powodujących zmiany właściwości białek. Należą do nich:
*Zmiany cieplne. Ogrzewanie do pewnej temp. Powoduje denaturację białek. Zatem gotowanie, pieczenie, smażenie, pasteryzacja, czy sterylizacja zmienia sensoryczne i żywieniowe właściwości białek. Zmiany te mogą być korzystne lub niepożądane.
*Zmiany enzymatyczne W przemyśle mięsnym i rybnym ogrzewanie ma bardzo często na celu unieczynnienie endogennych enzymów, które mogą wywołać niekorzystne zmiany rozkładowe
*Zmiany barwy. Wskutek ogrzewam 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),
*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.
*Wpływ na wartość żywieniową. Wskutek obróbki cieplnej w optymalnych warunkach wykształcają się w żywności pożądane cechy sensoryczne (barwa, zapach, smak i właściwości reologiczne). Denaturacja zwiesza strawność białka. Unieczynnieniu ulegają białkowe składniki przeciwżywieniowe (inhibitory proteaz). Obróbka prowadzi również do inaktywacji niepożądanych enzymów (mirozynazy, lipaz, proteaz) oraz niszczenia toksyn endogen­nych i bateryjnych.

Metody oznaczania zawartości białek w produktach spożywczych
Zawartość białek w produktach spożywczych oznacza się następującymi metodami:
*pośrednie; zawartość białka obliczana jako iloczyn masy azotu ogólnego i przeciętnej zawartości azotu w białku, np. metoda Kjeldahla lub Sorensena (miareczkowanie formolowe);
*bezpośrednie:
-wagowe, -kolorymetryczne, wykorzystujące do kalibracji białka wzorcowe, oparte na wbudowana 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 spoż. 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 grapy 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: 2H2SO4 2S02 + O2 + 2H20 Utlenienie substancji organicznych z uwolnieniem dwutlenku węgla, wody i amoniaku: Substancje azotowe + O2 CO2↑ + H2O↑ + NH3↑
Przechodzenie amoniaku w siarczan amonowy: 2NH3 + H2SO4 (NH4)2S04
Oddestylowanie amoniaku z parą wodną odbywa się w warunkach podwyższonej temp. i nadmiaru zasady: (NH4)2S04 + 2NaOH Na2SO4 + 2H20 + 2NH3↑
Wydzielony amoniak jest wiązany w nadmiarze kwasu borowego:NH3↑ + H3BO4 (NH4)H2BO3
i oznaczany poprzez miareczkowanie mianowanym roztworem kwasu solnego (lub siarkowego): (NH4)2BO3 + HCI NH4CI + H3BO3
Ilość azotu wylicza się na podstawie ilości moli zużytego HCI (l mol HCI odpowiada 14 g azotu) i przelicza się na zawartość % białka.
Metody spektrofotometryczne wykorzystuje się do oznaczania frakcji rozpuszczalnej 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 zachodząca w środowisku zasadowym pomiędzy wiązaniami peptydowymi a jonami miedzi Cu2+ w wyniku, której powstają barwne kompleksy. Stosowanie tej metody ograniczone obecnością soli amonowych, które również dają reakcję barwna 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 ug/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 metoda 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, stad mierzona absorbancja jest proporcjonalna do zawartości białka w próbce.
Również promieniowanie w zakresie podczerwieni (IR) wykorzystywane jest do oznaczania zawartości białka. Selektywne pochłanianie promieniowania elektromagne­tycznego | 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.

CUKRY W ŻYWNOŚCI
Charakterystyka cukrów
Cukry (węglowodany, sacharydy) 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 RN A, 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 glikozydowym. Najbardziej istotne w żywieniu ludzi spośród dwucukrów są laktoza (cukier mleczny), sacharoza 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, charaktery­styczną dla danej rośliny. W stanie surowym jest trudno strawna; 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 stężeni glukozy we krwi po spożyciu przez reprezentatywną statystycznie próbkę ludzi porcji produktu zawierającej 50g przyswajalnych węglowodanów. Wzrost poziomu cukru we krwi w przypadku spożycia 50 gramów glukozy przyjęto jako podstawę skali (100%).
indeks gl. =SGW/SGG • 100%
gdzie: SGW - stężenie glukozy we krwi po spożyciu produktu zawierającego 50 g węglowodanów, SGG — stężenie glukozy we krwi po spożyciu 50 g glukozy.
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

Przemiany zachodzące podczas składowania i przetwarzania żywności zawierającej węglowodany obejmują głównie:

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

Do oznaczania węglowodanów rozpuszczalnych w wodzie stosowane są następujące metody:

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 spolaryzo­wanego przez cząsteczki cukrów w roztworze wodnym,

b)chemiczne:

-miareczkowe i wykorzystujące właściwości redukujące cukrów w stosunku do jonów Cu²⁺, 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: 2ZnS0₄ + K4Fe(CN)₆ Zn₂Fe(CN)₆↓ +2 K₂SO4
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.

ENZYMY W ŻYWNOŚCI
Właściwości enzymów
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 1s. 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 (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 przypadka enzym ulega unieczynnieniu lub całkowitemu zniszczeniu. W inhibicji odwracalnej szybka 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 czteropozycyjnymi numerami, np. [EC 3.2.1 .24], w których pierwsza cyfra oznacza numer klasy, na które podzielono enzymy wg typu katalizowanej reakcji: *oksydoreduktaz y *transferazy* hydrolazy *liazy *izomerazy *ligazy

Wykorzystanie enzymów w przemyśle spożywczym

Enzymy są stosowane w przemyśle chemicznym, spożywczym i innych, głownie, jako niezwykle specyficzne, bezpieczne w użyciu katalizatory. Jednakże ich wadą jest wrażliwość m 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 preparatów enzymatycznych.
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 lipoprotcinowa, fosfataza alkaliczna i kwaśna, lizozym) i enzymy oksydoredukcyjne (peroksydaza, katalaza).

Fosfataza alkaliczna występuje w fazie tłuszczowej mleka. Jest najważniejszym rodzimym enzymem mleka. Hydrolizuje 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.

WITAMINY W ŻYWNOŚCI

Podział i funkcje witamin
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.
Klasyczny podział witamin jest dokonany ze względu na ich rozpuszczalność. 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 łub 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 B6 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 zmniejszeniu się stężenia aderminy objawy ustępują.
*Witamina B₉ (folacyna, kwas foliowy) - bogate w tę witaminą są szczególnie warzywa o 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 grupą witamin B. Niektórzy zaliczają także do witamin grapy B takie związki, jak: cholina, inozytol, kwas paraaminobenzoesowy (PABA), czy też kwas pangamowy (witamina B15). 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 B6 - 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 i 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 grapy 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 1 hemoliza krwinek czerwonych.
Charakterystyka witaminy C
Witaminę C stanowią dwa związki - kwas L-askorbinowy oraz jego postać utleniona - kwas L-dehydroaskorbinowy .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 warunkach 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. 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.
NATURALNE BARWNIKI W ŻYWNOŚCI
Podział barwników
Barwa produktów żywnościowych z chemicznego punktu widzenia zależy z jednej strony od obecności naturalnych barwników, a z drugiej od produktów przemian barwnych i bezbarwnych składników żywności.
Najczęściej spotykane barwniki żywnościowe można zaliczyć do czterech grup: * pochodne benzopirenu i 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 i czerwone-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 azota­nów (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-I63), 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) *delfinidyna (winogrona, czarne jagody, czarny bez, żurawina) *pelargonidyna (pelargonia, truskawki) *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, należący do grupy betalain. Charakteryzują się one czerwono-fotelową barwą i duża silą barwiąca w niewielkim stopniu zależną od pH. Wykazują niska trwałość podczas ogrzewania i składowania.
Zielone barwniki roślinne
Chlorofile są najbardziej rozpowszechnionymi barwnikami roślinnymi. Występują w liściach i innych eksponowanych na zielonych częściach roślin. Chlorofil jest zlokalizowany w chloroplastach, występuje (obok karotenoidów), w połaci kompleksu ze specyficznym białkiem - chloroplastyną. Liście zawierają średnio około 0.25% barwniki chlorofilowych, 0,03% ksantofili i 0,015% karotenów. Chlorofile odgrywają bardzo ważną rolę w procesach biosyntezy zachodzących w zielonych częściach roślin. Razem z karotenoidami biorą udział w procesie absorpcji energii świetlnej i jej zamianie na energię chemiczną, wykorzystywaną w endoergicznym procesie syntezy związków organicznych.

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 wystającej w hemoglobinie, cylochromie 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 zweryfikowanej 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 2-4 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 Mg2+ na jony innych metali dwuwartościowych. Efektem tych reakcji jest najczęściej zmiana barwy, np. wprowadzenie jonów Fe2+ daje pochodne chlorofilu o barwie szarobrunatnej, a wprowadzenie do cząsteczki chlorofilu jonów Cu²⁺ lub Zn2+ 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 koncen­tratów 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.

---