Лекции по "Пищевая химия"

Для окраски пищевых  продуктов используют натуральные (природные) или синтетические (органические и неорганические) красители.

Натуральные красители являются более безопасными их обычно выделяют из природных источников (растения, отходы их переработки) в виде смеси различных по своей химической природе соединений, состав которой зависит от источника и технологии получения, в связи с чем обеспечить его постоянство часто бывает трудно. Среди натуральных красителей необходимо отметить каротиноиды (красно-жёлтый цвет), антоцианы (красный, пурпурно-красный цвет), флавоноиды (жёлтый, красный цвет), хлорофиллы (зелёный цвет).

Природные красители, в том числе и модифицированные, чувствительны к действию кислорода воздуха (например, каротиноиды), кислот и щелочей (например, антоцианы), температуры, могут подвергаться микробиологической порче.

Синтетические красители  обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с большинством натуральных красителей. Они дают яркие, легко воспроизводимые цвета и менее чувствительны к различным видам воздействия, которым подвергается материал в ходе технологического потока.

Синтетические пищевые красители  – это представители нескольких классов органических соединений: азокрасители; хинолиновые; индигоидные красители.

В пищевой промышленности применяются соединения, изменяющие окраску продукта в результате взаимодействия с компонентами сырья и готовых  продуктов. Среди них отбеливающие вещества (диоксид серы) или вещества, стабилизирующие окраску (нитрат натрия, нитриты натрия и калия стабилизируют красный цвет мяса и мясных продуктов). Иногда эти цветокорректирующие материалы оказывают и другое, сопутствующее (например, консервирующее) действие. Наиболее часто используемые цветокорректирующие материалы – диоксид серы, нитрат и нитрит калия и натрия.

 

2 вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов

К этой группе пищевых добавок относятся вещества, используемые для создания необходимых реологических свойств пищевых продуктов, т. е. добавки, регулирующие или формирующие консистенцию. Это – загустители, гелеобразователи, стабилизаторы физического состояния пищевых продуктов, а также поверхностно-активные вещества (эмульгаторы и пенообразователи).

Загустители – это вещества, используемые для повышения вязкости продукта.

Гелеобразователи – это вещества, придающие пищевому продукту свойства геля.

Действие, как загустителей, так  и гелеобразователей основано на связывании свободной влаги, что  и приводит к стабилизации пищевой  системы. В химическом отношении добавки этой группы являются полимерными соединениями в основном полисахаридами (исключение составляет гелеобразователь желатин, имеющий белковую природу), в макромолекулах которых равномерно распределены гидрофильные группы, взаимодействующие с водой. К основным представителям этой группы пищевых добавок относятся модифицированные крахмалы и целлюлозы, пектины, полисахариды морских водорослей и некоторые другие.

Модифицированные крахмалы. В отличие от нативных растительных крахмалов, считающихся пищевыми продуктами, модифицированные крахмалы (Е1400 – Е1451) относятся к пищевым добавкам. По сравнению с нативным крахмалом они образуют легко и быстро формирующиеся клейстеры, устойчивые к нагреванию, воздействию кислот и устойчивые к ретроградации (хорошо удерживают дисперсионную среду).

Целлюлоза и ее производные. В группу пищевых добавок целлюлозной природы (Е460-Е467) входят модифицированные формы натуральной целлюлозы (метилэтилцеллюлоза, метилгидроксипропилцеллюлоза и др.). Они подобно целлюлозе имеют линейную структуру, но в отличие от нативной целлюлозы её модификации содержат сложные и простые эфирные связи, наличие которых позволяет модифицированным целлюлоза в отличие от нативной растворяться в воде и не выкристаллизовываться.

Пектины входят в состав клеточных стенок и межклеточных образований растений, где находятся в связанном состоянии с волокнами целлюлозы –«протопектин». В промышленности пектины получают кислотным или ферментативным гидролизом «протопектина».

Пектины – это этерифицированные соединения (содержат, карбоксильные, спиртовые, алкильные  группы). Пектины являются хорошими гелеобразователями, при этом гелеобразующая способность лучше выражена у низкоэтерифицированных пектинов. В то же время, высокоэтерифицированные пектины лучше растворяются.

Традиционно модифицированные крахмалы, мод. целлюлоза и пектины используются при изготовлении хлебобулочных и кондитерских изделий, молочных и низкожирных эмульсионных продуктов, а также безалкогольных напитков.

Полисахариды  морских растений. К ним относятся агароиды и каррагинаны. Их получают из красных морских водорослей, произрастающих в Белом море, Тихом и Атлантическом океанах. Эти добавки являются типичными гелеобразователями. Используется в производстве желе, мармелада.

Желатин – гелеобразователь белковой природы. Получают желатин из коллагена, содержащегося в костях, хрящах и сухожилиях убойных животных. Желатин является типичным гелеобразователем, широко используется при получении пудингов и заливных блюд.

Эмульгаторы – вещества, способные образовывать и стабилизировать эмульсию, что обеспечивает возможность создания и сохранения дисперсии двух или более несмешивающихся веществ. В качестве эмульгаторов в первую очередь использовали камеди, лецитин, моно- и диглицериды, эфиры полиглицерина, эфиры сахарозы и др. Основная область применения эмульгаторов – масложировая промышленность.

Пенообразователи – это разновидность эмульгаторов, обеспечивающих равномерную диффузию газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые продукты. Пенообразователями являются ПАВы (фосфолипиды и другие эфиры), белки. Применяются пенообразователи в производстве кондитерских изделий, взбитых десертов, молочных коктейлей, пива.

 

 

3 Вещества, влияющие на вкус и аромат пищевых продуктов

При оценке пищевых продуктов особое внимание потребитель уделяет их вкусу и аромату. Физиология питания рассматривает вкусовые и ароматообразующие вещества как важные компоненты пищи, улучшающие пищеварение за счет активации секреции пищеварительных желез, способствующие оздоровлению микрофлоры кишечника.

Вкус и аромат продуктов питания  определяются многими факторами. К числу основных относятся следующие:

1. Вкусоароматические компоненты в составе сырья.
2. Вкусовые вещества, специально вносимые в пищевые системы в ходе технологического потока. Среди них: подслащивающие вещества, эфирные масла, душистые вещества, ароматизаторы, пряности, поваренная соль, пищевые кислоты и подщелачивающие соединения, усилители вкуса и аромата.
3. Вещества,возникающие в результате разнообразных химических, биохимических и микробиологических процессов, протекающих при получении пищевых продуктов под влиянием различных факторов.

Подслащивающие  вещества

В пищевой промышленности, кулинарии, при приготовлении пищи в домашних условиях с давних времен широко применяются  вещества, обладающие сладким вкусом, – подслащивающие вещества (подсластители). Существуют различные их классификации: по калорийности (высококалорийные, низкокалорийные, практически некалорийные), степени сладости (подсластители с высоким или низким сахарным эквивалентом), по химическому составу и т. д.

Мед – продукт переработки цветочного нектара медоносных цветов пчелами; Он в основном состоит из моно- и дисахаридов (в том числе около 40% фруктозы, 35% глюкозы и 2% сахарозы) и на 5,5% – из крахмала. Мёд богат витаминами С, В₆ и В₉, железом, йодом и фтором.

Сахаристые  крахмалопродукты

В пищевой промышленности возрастает производство и потребление разнообразных  сахаристых крахмалопродуктов, получаемых путем гидролиза крахмала: крахмальные патоки, глюкоза, фруктоза или их сиропы.

К группе подслащивающих веществ относятся солодовый экстракт (водная вытяжка из ячменного солода), лактоза (молочный сахар, дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы).

В последнее время с учетом требований науки о питании получило интенсивное  развитие производство низкокалорийных  продуктов, содержащие вместо сахарозы подсластители (миракулин, монелин, тауматин, стевиозид) и сахарозаменители (ксилит, сорбит, лактит, сахарин, ацесульфам калия, аспартам). Не имея глюкозного фрагмента, заменители сахарозы могут успешно использоваться при производстве продуктов питания и заменителей сахара для больных сахарным диабетом. Высокий коэффициент сладости (К_сл=50÷3000) позволяет, применяя их, производить низкокалорийные, дешевые диетические продукты.

Ароматизаторы

Аромат пищевого продукта – интегральный фактор, обусловленный присутствием в нем сложной смеси органических соединений.

Пищевые ароматизаторы  – это пищевые добавки, представляющие собой смеси ароматических (душистых) веществ или индивидуальные ароматические (душистые) вещества, с растворителем или сухим носителем, или без них, и вводимые в продукты с целью улучшения их аромата и вкуса.

Основными потребителями ароматизаторов являются производства безалкогольных напитков, мороженого, ликероводочных изделий, жевательной резинки, широкого ассортимента кондитерских изделий; ароматизаторы добавляют в сухие кисели, маргарины, сиропы, мучные кондитерские изделия, молочные продукты, пудинги и мясопродукты и т. д.

Натуральными пищевыми ароматизаторами являются эфирные масла и настои, пряности и продукты их переработки (химический и микробиологический синтез).

Пищевые ароматизаторы  идентичные натуральным – по своему строению они отвечают природным соединениям, а их композиции позволяют получить комбинации веществ, отличающиеся стабильностью, заданным ароматом. Они удобны в использовании.

Искусственные пищевые ароматизаторы (включающие компоненты, не имеющие природных аналогов) требуют специального изучения и гигиенической оценки, они отличаются высокой стабильностью, интенсивностью аромата, дешевизной.

Существуют пищевые добавки, усиливающие  вкус и аромат пищевых продуктов. К ним относится производные глутаминовой, гуаниловой, инозиновой кислот, рибонуклеотиды и производные мальтола.

 

 

4 Пищевые добавки, замедляющие микробиологическую и окислительную порчу пищевого сырья и готовых продуктов

Необходимость в сохранении (консервировании) собранного урожая, добычи, полученной в результате охоты или рыболовства, собранных ягод и грибов, а также продуктов их переработки, возникла у человека с давних времен. Сначала это были сушка и засолка, применение специй, уксуса, масла, меда, соли (соление продуктов), сернистой кислоты (для стабилизации вина). В конце XIX – начале XX в. с развитием химии начинается применение химических консервантов: бензойной и салициловой кислот, производных бензойной кислоты, нитраты и нитриты, диоксид серы, уксусная кислота, пропионовая кислота, сорбиновая кислота, дифенил и др.

Консерванты – вещества, продлевающие срок хранения продуктов, защищая их от порчи, вызванной микроорганизмами (бактерии, плесневые грибы, дрожжи, среди которых могут быть патогенные и непатогенные виды).

Спектр антимикробного действия конкретного  консерванта различен: одни направлены на подавление бактерий, другие – плесневых грибов или дрожжей.

При выборе консерванта  необходимо руководствоваться некоторыми общими правилами.

Консервант  должен:

• иметь широкий спектр действия;
• быть эффективным против микроорганизмов, содержащихся в данной пищевой системе;
• оставаться в продукте в течение всего срока хранения;
• не оказывать влияния на органолептические свойства пищевого продукта;
• быть технологичным (простым в применении);
• быть дешевым.

Консервант  не должен:

• быть физиологически опасным;
• вызывать привыкания;
• влиять на микробиологические процессы, предусмотренные при производстве отдельных пищевых продуктов данной технологией.

Также возможно консервирование  поваренной солью или сахаром. В  этом случае консервирующий эффект достигается  за счёт изменения величины осмотического  давления в микробной клетке. Осмос – это движение молекул воды через полунепроницаемые мембраны из области меньшей в область большей концентрации растворенного вещества. Погружая продукт в раствор соли или сахара, раствор этих веществ высасывает влагу из клеток как продукта, так и самих микроорганизмов, при этом происходит обезвоживание клеток, они утрачивают свою способность к всасыванию питательных веществ с водой, т.е. способность к размножению, и погибают. Концентрация соли должна быть не менее 10-12%, а сахара – 60-65%.

Антибиотики. Особую группу пищевых добавок, замедляющих порчу пищевых продуктов, составляют антибиотики. И хотя применение антибиотиков позволяет срок хранения пищевого сырья и некоторых видов пищевых продуктов в 2—3 раза, они не допускаются для использования при изготовлении пищевых продуктов и полуфабрикатов, так как могут привести к нежелательным последствиям, в том числе к нарушению нормального соотношения микроорганизмов желудочно-кишечного тракта.

Аналогично, как и в случае расчёта потребления  пищевых добавок в целом, при  работе с консервантами основными  критериями безопасности являются максимально  допустимый уровень (МДУ или ПДК), допустимая суточная доза (ДСД) и допустимое суточное потребление (ДСП).

 

5 Биологически  активные добавки

Практически все натуральные пищевые продукты не являются сбалансированными, так  как не содержат незаменимых нутриентов в необходимых количествах и  соотношениях. Поэтому по прогнозам специалистов в питании людей все возрастающую роль будут играть биологически активные добавки (БАД) к пище. БАД – это композиции натуральных или идентичных натуральным биологически активных веществ, предназначенных для непосредственного приема с пищей или введения в состав пищевых продуктов с целью обогащения рациона отдельными пищевыми или биологически активными веществами и их комплексами.