CHEMIA ŻYWNOŚCI - EGZAMIN

1. W których surowcach dominują sacharydy?

- ziarna zbóż, przetwory zbożowe, ziemniaki, miód, nasiona roślin strączkowych, banan, fasola, jabłka

1. W których surowcach dominują białka?

- mięso (wołowe, cielęce, wieprzowe, drobiowe), ryby, jaja, soja

1. W których surowcach dominują lipidy?

- oleje roślinne, smalec, masło, margaryna, orzech (włoski, laskowy, ziemny), śmietana, oliwa, olej słonecznikowy

1. Woda zawarta w żywności to woda wolna i związana. Jak rozumieć te pojęcia?

WODA ZWIĄZANA – ta, która jest zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie substancji rozpuszczonych lub zawieszonych, ma zmniejszoną aktywność, odmienne właściwości od pozostałej masy wody zawartej w danym materiale i nie zamarza do temperatury -40°C.

WODA WOLNA – ma właściwości zbliżone do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli, powiązana siecią wzajemnych wiązań wodorowych, jest ruchliwa.

1. Podaj definicję aktywności wody. Dlaczego w odniesieniu do żywności używa się tego parametru, a nie wartości wody?

AKTYWNOŚĆ WODY- jest miarą termodynamiczna potencjału chemicznego wody w układzie.

$$\frac{p}{p_{0}} = \frac{n_{2}}{n_{1} + n_{2}} = a_{w}$$

gdzie: p i p₀ – odpowiednio prężność par roztworu czystego i rozpuszczalnika w danej temperaturze i ciśnieniu
n₁ i n₂ – ułamki molowe substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika
a_w – aktywność wody

Aktywność wody jest miarą zawartości wody wolnej w danym materiale, umożliwia więc określenie intensywności z jaką woda asocjuje z różnymi niewodnymi składnikami. Woda związana jest mniej dostępna. Przebieg wielu ważnych reakcji chemicznych i biochemicznych, a także możliwość rozwoju drobnoustrojów dużo lepiej można przewidzieć korzystając z aktywności wody niż jej całkowitej zawartości.

1. Która z metod chromatografii uważasz za odpowiednia do rozdziału i analizy lipidów? Na czym polega wybrana metoda?

Chromatografia cienkowarstwowa (TLC) – w tej metodzie stosuje się warstwę fazy stacjonarnej (najczęściej żel krzemionkowy) naniesiony na podłoże (płytki szklane, foli aluminiowa) przylegająca do płytki dzięki dodatkowi środka wiążącego (siarczan wapnia, gips). Fazą ruchomą jest ciecz (rozpuszczalniki organiczne lub ich mieszaniny).

1. Którą z metod chromatografii uważasz za odpowiednia do analizy lotnych związków zapachowych? Na czym polega?

Chromatografia gazowa – mieszaninę wprowadza się w fazę gazową i kieruje do kolumny. Przechodząc przez kolumnę z gazem nośnym następuje rozdział mieszaniny. Detektor znajdujący się na końcu wykrywa pojedynczo substancje. Czas przejścia mieszaniny przez kolumnę to czas retencji.

1. Którą z metod chromatografii uważasz za odpowiednią do analizy polarnych związków hydrofilowych? (aminokwasy, peptydy, sacharydy, składniki mineralne). Na czym polega? (do witamin rozpuszczalnych w tłuszczach)

Chromatografia cieczowa (HLPC) – analizowana próbka jest rozpuszczana w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku, jest kierowana przez kolumnę wypełnioną specjalnym złożem porowatym lub żelowym. Rolę cieczy nośnej (fazy ruchomej) pełni odpowiednio dobrana mieszanina. Na skutek oddziaływań międzycząsteczkowych między analizowaną próbką a wypełnieniem kolumny następuje rozdział próbki. Związki, które słabej oddziałują z fazą ruchomą przepływają wolnej przez kolumnę.

1. Podaj ogólny wzór triacylogliceroli. Wymień cztery kwasy tłuszczowe występujące we wszystkich tłuszczach.

Kwasy nasycone: laurynowy C12:0, palmitynowy C16:0, arachidowy C20:0, stearynowy C18:0,
mistyrynowy C14:0.

Kwasy nienasycone: oleinowy C18:1(9),
linolowy C18:2(9,12), palmitoleinowy C16:1(9),
kwas wakcenowy C18:1, α-linolenowy C18:3 (9,12,15)

P

1. Jaką reakcja chemiczna trójacylogliceroli wykorzystuje się w analizie składu kwasów tłuszczowych? Zilustruj równaniem reakcji.

W analizie składu kwasów tłuszczowych wykorzystuje się reakcję transestryfikacji – alkoholizę trójacylogliceroli.

Transestryfikacja – obejmuje różne typy reakcji, w których istniejące już estry kwasów tłuszczowych reagują z kwasami, z alkoholem lub innymi estrami, tworząc nowe estry. Reakcja polega na wymianie acyli pomiędzy estrami.

1. Jaka reakcja chemiczna trójacylogliceroli jest podstawą procesu utwardzenia tłuszczów?

- częściowe uwodornienie wiązań C=C.

Proces utwardzania tłuszczów jest stosowany w przemyśle tłuszczowym do zmiany ich charakteru fizycznego i chemicznego, oraz składu występujących w nich kwasów tłuszczowych.

Uwodornienie trójacylogliceroli – zmiana konsystencji tłuszczu z ciekłej w stałą. Uwodornienie jest reakcją katalityczną , polegające na nasyceniu wiązań wodorem przy udziale katalizatora, temp. 180°C.

Skutki uwodornienia trójacylogliceroli: powstają triglicerydy o wyższej temperaturze topnienia ciekłe ⇒ półstałe lub stałe, zmniejsza się zawartość kwasów wielonienasyconych, produkty nasycone są mniej podatne na procesy utleniania, pojawiają się wiązania C=C o konfiguracji trans.

1. Które kwasy tłuszczowe łatwiej ulegają utlenieniu? Jakim reakcjom dalszym ulegają oraz jakie powstają produkty pierwotne utlenienia?

NIENASYCONE, szybkość reakcji rośnie wraz ze wzrostem nienasycenia. Pierwotne produkty utlenienia ulegają dalszym reakcjom degradacji. Pojawiają się niskocząsteczkowe związki zapachowe i smakowe.

Im więcej wiązań podwójnych tym łatwiej ulegają utlenieniu.

Jakie tłuszcze szybciej ulegają procesom utlenienia? – o wysokiej zawartości reszt nienasyconych kwasów tłuszczowych.

1. Jakie kwasy określa się mianem niezbędnych, nienasyconych kwasów tłuszczowych? Podaj dwa przykłady. W jakich surowcach i w jakiej formie występują one najczęściej?

NNKT (niezbędne, nienasycone kwasy tłuszczowe) – nie są syntetyzowane w organizmie ludzkim, muszą być dostarczane wraz z pożywieniem, Są niezbędne do prawidłowego rozwoju i normalnego funkcjonowania organizmu.

Powinny stanowić ok. 3% dziennego spożycia kwasów tłuszczowych w diecie człowieka.

Niedobór powoduje zaburzenia wzrostu, choroby skóry, zaburzenia neurologiczne, choroby wzroku.

Źródła wielonienasyconych kwasów tłuszczowych

ω-6 (n-6)

kwas linolowy: oleje roślinne (sojowy, kukurydziany, lniany, słonecznikowy), tłuszcz drobiowy, orzechy, nasiona
kwas arachidonowy: mięso, drób, jaja

ω-3 (n-3)

kwas α-linolenowy: orzech włoski, kiełki pszenicy, soja, nasiona

EPA i DHA: ludzkie mleko, ryby morskie (łosoś, makrela, tuńczyk, śledź)

1. Jakie różnice w budowie trójacylogliceroli powoduje, że oleje roślinne w temperaturze pokojowej są ciekłe, a tłuszcze zwierzęce stałe? Podaj przykład kwasu nasyconego i nienasyconego.

W tłuszczach roślinnych przeważają kwasy nienasycone, a w tłuszczach zwierzęcych nasycone, co wiąże się obecnością wiązania podwójnego, które wpływa na obniżenie temperatury topnienia.

Kwasy nasycone: palmitynowy, stearynowy, arachidowy

Kwasy nienasycone: oleinowy, linolowy, palmitoleinowy

1. Co to jest profil kwasów tłuszczowych dla danego tłuszczu?

Rodzaj i zawartość poszczególnych typów trójacylogliceroli.

1. Opisz zwięźle, jak można oznaczyć profil kwasu tłuszczowego dowolnego tłuszczu. Jaką reakcje przeprowadzić i jaką metodę analizy zastosować?

Należy wykonać reakcję transestryfikacji, która obejmuje różne typy reakcji, w których istniejące już estry kwasów tłuszczowych reagują z kwasami, z alkoholem lub innymi estrami, tworząc nowe estry. Reakcja polega na wymianie acyli pomiędzy estrami. Stosuje się metodę chromatografii cienkowarstwowej.

1. Dla dowolnej wybranej aldoheksozy narysuj formy współistniejące w wodnym roztworze. Wskaż formy dominujące i wytłumacz dlaczego monosacharydy ulegają reakcjom typowym dla grup karboksylowych. Podaj jeden przykład takiej reakcji.

Forma dominująca to D - glukoza.
Monosacharydy posiadają grupę aldehydową –CHO, jest to grupa silnie polarna (częściowy ładunek ujemny znajduje się na atomie tlenu, zaś dodatni na węglu). Grupa –CHO jest płaska (trygonalna) zwiększa to podatność na atak nukleofila. Przyłączenie nukleofila do karbonylowego atomu węgla powoduje przejście układu trygonalnego do układu tetraedrycznego.

D – Glukoza + Br₂/H₂O -> Kwas glukonowy

1. Jaka różnica w budowie celulozy i skrobi powoduje, że celuloza nie jest dla organizmu człowieka źródłem glukozy? Pokaż schematycznie budowę obu związków.

(Jakie polisacharydy zawiera skrobia? Pokaż schematycznie ich budowę i wymień kilka różnic we właściwościach. Skrobia składa się z amylozy i amylopektyny.)

Celuloza – nierozgałęziony biopolimer, polisacharyd zbudowany z 3000 do 14000 cząsteczek glukozy, połączonych wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Wiązanie β przyczynia się do utworzenia sztywnych długich nitek, które układają się równolegle, tworząc micele powiązane mostkami wodorowymi.

Skrobia – występuje w postaci dwóch polisacharydów: amylozy i amylopektyny, wzajemnie ze sobą splątanych i poprzetykanych nitkami lipidów i/lub białek w zależności od odmiany skrobi.

Amyloza – jest liniowym polimerem α-D-glukozy, której pierścienie (wyłącznie w konformacji krzesełkowej) są połączone wiązaniami glikozydowymi 1→4. Z wodą tworzy roztwory koloidalne.

Amylopektyna – zbudowana jest z takich samych merów. Od jej trzonu utworzonego przez liniowo (jak w amylozie) połączone mery α-D-glukozowe, odchodzą rozgałęzienia zbudowane podobnie, lecz połączone z nim wiązania 1→6 glikozydowymi. (rozgałęzienia zawierają 8-12 merów i pojawiają się, co 8 jednostek).

Celuloza nie jest dla człowieka źródłem glukozy, ponieważ posiada wiązania β. Organizm człowieka nie jest przystosowany do trawienia celulozy, gdyż nie występują mikroorganizmy wytwarzające celulozy, które katalizują reakcje hydrolizy wiązań β-1,4-glikowydowych występujących pomiędzy cząsteczkami glukozy w celulozie.

1. Które z wymienionych sacharydów reagują z aminokwasami prowadząc do nieenzymatycznego brązowienia żywności?

Glukoza, fruktoza, laktoza, mannoza, maltoza.

1. Na czym polega karmelizacja cukrów? Scharakteryzować krótko typy właściwości produktów powstających podczas karmelizacji.

Karmelizacja polega na oderwaniu cząsteczek wody z cukru i wydzieleniu z sacharydów substancji zapachowo – barwiących. Proces karmelizacji rozpoczyna się, gdy cukier stopi się w wysokiej temperaturze (powyżej stu stopni) i zaczyna się pienić (wrzeć). Na tym etapie sacharoza rozkłada się do glukozy i fruktozy. Następnie zachodzi proces kondensacji (cukry tracą cząsteczki wody i wzajemnie ze sobą reagują). W kolejnej fazie następuje izomeryzacja aldoz do ketoz i dalsze odwadnianie. Ostatecznie zachodzi szereg reakcji zarówno rozkładu jak i polimeryzacji.

Ważnym związkiem zapachowym wytwarzanym w pierwszych etapach karmelizacji jest di acetyl (odpowiada za zapach maślany/mleczny cukierków). Inne związki zapachowe to: - furany (hydroksymetylofurfural [HMF]) składnik miodu pszczelego, soków owocowych, mleka, -hydroksyacetylofuran [HAF] – ma słodki zapach i niski próg wykrywalności.

1. W jakim środowisku następuje hydroliza wiązań glikozydowych?

W środowisku kwaśnym. Hydroliza kwasowa umożliwia przyłączenie atomu wodoru, rozerwanie pierścienia i powstanie formy łańcuchowej monosacharydu.

1. Które ze składników żywnościowych są prekursorami substancji zapachowych powstających podczas obróbki termicznej? Jakiego typu związki powstają z cukrów, aminokwasów?

Prekursorami substancji zapachowy są białka, aminokwasy, niebiałkowe związki azotowe, sacharydy, trójglicerole i ich pochodne, witaminy, hormony, nukleotydy.

Z cukrów powstają karmele.

Z aminokwasów akryloamidy.

1. Co to są dekstryny? Jaką rolę pełnią w diecie?

DEKSTYRYNY- to grupa złożonych węglowodanów, zbudowanych z merów – pochodnych cukrów prostych, połączonych wiązaniami α-1,4-glikozydowymi i o długości 3-14 merów. Powstają w wyniku enzymatycznej hydrolizy skrobi. Powstają w jamie ustnej w wyniku trawienia skrobi. Rozkładają się w wysokiej temperaturze i ulegają reakcją Millarda. Są stosowane jako substancje zagęszczające w produkcji słodyczy.

Tworzą się również podczas wypieku pieczywa. Barwa skórki chleba i jej słodkawy smak pochodzą między innymi od dekstryn, które powstają z rozkładu skrobi w podwyższonej temperaturze.

1. Czy są aminokwasy egzogenne? Wymień dwa przykłady.

Są to aminokwasy niezbędne – organizm człowieka i innych ssaków nie potrafi ich syntetyzować, a ponieważ pula białek ustrojowych, która może być ich źródłem szybko ulega wyczerpaniu, muszą być one dostarczane w pożywieniu.

Izoleucyna

1. Co to są aminokwasy endogenne?

Grupa aminokwasów wytwarzanych przez człowieka, np. alanina, glicyna, seryna.

1. Jakie grupy funkcyjne występują w łańcuchach bocznych aminokwasów białkowych? Podaj dwa przykłady reakcji tych grup, które prowadzą do sieciowania białek. Jak sieciowanie białek wpływa na wartość białka jako źródła aminokwasów?

2. Czy L i D aminokwasy różnią się smakiem? Które z nich są gorzkie?

L – aminokwasy cechuje gorzki smak. (L-tryptofan, L-tyrozyna, L-izoleucyna)

D – aminokwasy są słodkie. (D-tryptofan, D-leucyna, D-histydyna)

1. Które składniki żywnościowe mogą w wyniku degradacji pod wpływem obróbki termicznej tworzyć lotne związki siarkowe?

Białka, peptydy, aminokwasy (na skutek rozpadu mostków siarkowych).

W wyniku działania podwyższoną temperaturą następuje degradacja cystyny i cysteiny.

1. Składniki żywieniowe, które w wysokiej temperaturze tworzą lotne, zapachowe związki azotu:

Aminokwasy.

1. Na czym polega denaturacja białka?

Rozpad wiązań stabilizujących drugo i trzeciorzędową strukturę białka nazywa się denaturacją (rozerwanie wiązań wodorowych).

Czynniki powodujące denaturację:

- ogrzewanie do temperatury około 60°C

- zmiana odczynu środowiska

- obecność rozpuszczalnika organicznego lub mocznika

- detergenty

- promieniowanie, ultradźwięki

Schemat denaturacji białka:

1. Cząsteczka w stanie rodzimym

2. Cząsteczka o rozluźnionej, zmienionej konformacji wskutek redukcji wiązań disulfidowych i rozerwania mostków z dwuwartościowymi kationami

3. Denaturowana cząsteczka białka

1. Czy denaturacja wpływa na wartość biologiczną białka i jego własności?

Białko ma obniżoną wartość biologiczną, traci własności funkcjonalne. Denaturacja zwiększa strawność białka.

1. Na czym polega zachodzący w alkalicznym środowisku proces racemizacji aminokwasów w peptydach i białkach? Jaki jest wpływ tego procesu na przyswajalność aminokwasów?

Racemizacja polega na przekształceniu aminokwasów będących produktami rozpadu białek na enancjomery (z formy L na D) do utworzenia mieszaniny reakcyjnej. Szybkość reakcji zależy od charakteru reszty aminokwasu.

Racemizacja powoduje obniżenie przyswajalności.

1. Przedstaw II – rzędową strukturę białka. Zaznacz aminokwas N- i C- terminalny (końcowy).

2. Przedstaw I – rzędową strukturę białka. Zaznacz aminokwas N- i C- terminalny (końcowy).

1. Czy zdenaturowane białko jest białkiem pełnowartościowym?

Nie, denaturacja białka powoduje obniżenie wartości odżywczej, utratę własności funkcjonalnych. Nadmierne ogrzewanie produktów bogatych w białko powoduje zmniejszenie biologicznej dostępności wielu aminokwasów, przede wszystkim w skutek utrudnienia trawienia.

1. Nieenzymatyczne brązowienie żywności.

Skutki reakcji sacharydów z aminami (reakcja Millarda)

- powstają brązowe pigmenty (melanoidyny)

- powstają lotne substancje zapachowe

- powstają substancje smakowe

- powstają substancje o właściwościach redukujących

- straty niezbędnych aminokwasów

- powstają substancje powodujące sieciowanie białek

1. Czynniki wpływające na szybkość reakcji Millarda.

- temperatura

- odczyn środowiska

- aktywność wody

- rodzaj sacharydu

- obecność SO₂, jonów HSO₃

- obecność jonów metali przejściowych Cu (I), Fe (II).

1. Które z wymienionych sacharydów reagują z aminami prowadząc do nieenzymatycznego brązowienia żywności?

- glukoza, fruktoza

Reakcja Millarda – seria reakcji chemicznych, które zachodzą najczęściej pod wpływem ciepła, pomiędzy aminokwasami a cukrami redukującymi.

1. Laktoza (cukier mleczny) jest disacharydem zbudowanym z D-glukozy i D-galaktozy. Czy jest to sacharyd redukujący czy nieredukujący?

- redukujący, ponieważ posiada wolną grupę karbonylową w cząsteczce cukru.

1. Wymień dwa monosacharydy i disacharydy występujące w wielu surowcach żywnościowych. Określ czy to sacharydy redukujące czy nieredukujące?

MONOSACHARYDY: glukoza i fruktoza – redukujące

DISACHARYDY: sacharoza – nieredukująca, laktoza – redukująca.