Лекции по "Пищевая химия"

 

Лекция  №13

Тема: Искусственные и генетически-модифицированные пищевые продукты

1 Основные особенности ИПП и технологии их получения

2 Белок как сырье для ИПП. Источники получения белка

3 Виды ИПП

4 Генетически модифицированные продукты питания

5 Фальсификация пищевых продуктов

 

1 Основные  особенности ИПП и технологии  их получения

В настоящее время можно считать  общепризнанным, что мировое производство продуктов питания не является достаточным  для удовлетворения биологических  потребностей населения нашей планеты  и, прежде всего, в белках. Так более 60% человечества питается неудовлетворительно.

Традиционные  пути решения проблемы производства продуктов питания связаны с  повышением продуктивности земледелия, животноводства, птицеводства, рыболовства, а также снижением потерь при  хранении пищевого сырья и продуктов  питания. Однако они на сегодняшний день не достаточны.

Одним из перспективных путей решения указанной проблемы является создание искусственных продуктов питания. Термин ИПП означает, что они получены на основе белков и других пищевых веществ природного происхождения, но их состав, структура, внешний вид и комплекс свойств изменены искусственным путем.

Производство  ИПП имеет ряд достоинств:

- сокращаются пищевые цепи при производстве продуктов питания;

- сырьем для производства ИПП служат сухие белковые препараты, крахмал, сахара, витамины и минеральные соли. Это сырье легко транспортируется и может храниться продолжительное время при обычных условиях с минимальными затратами и потерями.

- производство ИПП может быть организовано вблизи мест потребления, что приводит к сокращению перевозок и связанных с ними затрат;

- содержание белков, жиров, углеводов, минеральных солей и других веществ в ИПП регулируемо и может быть четко установлено в соответствии с физиологическими нормами питания для разных категорий населения;

- при производстве ИПП можно значительно сократить ручной труд, так как перерабатывается стандартное сырье.

 

 

2 Белок  как сырье для ИПП. Источники  получения белка

Основное  требование к белку как исходному  сырью для получения искусственных  продуктов заключается в наличии  необходимых для его переработки  функциональных свойств.

Высокими  функциональными свойствами характеризуются  белки, хорошо растворимые в водных средах, способные образовывать высококонцентрированные, вязкие растворы и гели, эффективно стабилизирующие пены, эмульсии и суспензии других пищевых веществ в водных средах. Это белки, не имеющие запаха, вкуса, цвета, практически не содержащие липидов и не изменяющие своих свойств при длительном хранении в обычных условиях.

ИПП производят, как правило, на основе трех типов белковых продуктов: обезжиренной муки, концентрата и изолята белка.

При этом в качестве исходного сырья  используют, как правило, сырьё растительного происхождения – соевые бобы, зерновые культуры (пшеница, рис, кукуруза).

Наиболее  перспективными видами сырья могут  быть семена масличных культур (хлопчатник, подсолнечник, конопля, арахис, лен, рапс, горчица и др.), а также семена других бобовых (помимо сои).

Наконец, чрезвычайно интересным источником белка для питания является зеленая  масса растений. Это не только травы, но и отходы плодов и овощей.

Важными источниками белков является сырье животного происхождения: молоко, отходы молочной промышленности, малоценные породы рыб и другие морепродукты.

Молочные  белки казеины и сывороточные являются наиболее полноценными и дешевыми белками животного происхождения. Они применяются в качестве обогатителей, колбасно-сосисочных изделий, мучных кондитерских изделий, используют для обогащения продуктов детского питания, хлебобулочных изделий и т.п.

В то же время распространение молочных белков в производстве ИПП не имеет  массовый характер, что связано с  недостаточно функциональными свойствами этих белков. Они обладают низкой гелеобразующей способностью, изменяют свои свойства при хранении, а их водные растворы имеют специфический привкус и запах.

В последнее время внимание исследователей все больше привлекают дрожжи, бактерии и одноклеточные водоросли в  качестве практически неограниченного  потенциального источника дешевого пищевого белка. Как известно, скорость биосинтеза белка у одноклеточных  приблизительно в 1000 раз выше, чем  у высших организмов. И при этом биомасса микроорганизмов отличается высоким содержанием белка (4080%).

 

3 Виды ИПП

Молочные  продукты. Выделяют три категории молочных искусственных продуктов.

Потребность в молочных ИПП с изменённым углеводным составом связана с тем, что половина взрослого населения не усваивает молочный сахар лактозу и не может употреблять натуральное молоко.

Потребность в молочных ИПП с изменённым жирнокислотным составом связана с ролью полиненасыщенных жирных кислот в питании, последние повышают биологическую эффективность липидов готового продукта.

ИПП молочные продукты с изменённым белковым составом предназначен в первую очередь для детского питания. Ряд белков молока может быть аллергеном для детей и взрослых. С целью устранения аллергических свойств этих белков предложено денатурировать их путем нагрева или же заменить их белком сои.

Ещё один тип молочных продуктов, не содержащих молочные компоненты, получают на основе белков сои. В настоящее время во многих странах освоено производство искусственных молочных продуктов на базе концентратов и изолятов белка сои: творог тофу, соевое молоко, искусственные сливки, кремы, отбеливатели кофе, десерты, сыры, салатные заправки и др.

Искусственные крупы и макаронные изделия

При получении круп традиционными способами  снижается их биологическая ценность: уменьшается количество витаминов, минеральных веществ, белков. Для  получения искусственных круп используют смесь различных видов муки (соевую, арахисовую, кокосовую, кукурузную, пшеничную  и рисовую), обогащающих добавок  и крахмала с водой.

Для повышения биологической ценности макарон в состав тестовой массы на основе муки различных составов вводят различные белки и смеси аминокислот (казеин, сухое молоко, клейковину, гидролизаты дрожжей). Разработаны рецептуры и технологии получения искусственных макаронных изделий и без применения пшеничной муки: на основе казеина сои, белка семян хлопчатника.

Искусственные мясопродукты

Вырабатываются  два типа искусственных мясопродуктов, имитирующих:

- традиционные изделия из рубленого  мяса (ИРМ);

- нерубленые продукты волокнистой  структуры (ИВС).

К типу продуктов ИРМ относятся колбасно-сосисочные изделия, рубленые шницели, котлеты, мясной хлеб, холодные мясные завтраки, мясные пасты, паштеты. Их производят на основе белков сои и пшеницы, яичного альбумина, казеина или их смесей. Для получения ИРМ в раствор или дисперсию белкового или полисахаридного гелеобразователя вводят тонкоизмельченные пищевые вещества, вкусовые и ароматические вещества, красители. Полученную массу помещают в соответствующую оболочку или форму и переводят в студнеобразное состояние.

Для получения ИВС используют белковые волокна, получаемые методом мокрого прядения растворов белков. Волокна затем склеивают пищевым связующим (яичный альбумин, клейковину пшеницы, изолят белков сои, альгинат натрия), содержащим различные пищевые вещества. Получают широкий ассортимент аналогов мяса животных, птицы, рыбы.

 

 

3 Генетически модифицированные продукты питания

Генетически модифицированные (трансгенные) продукты питания представляют особый интерес и озабоченность мирового сообщества. Впервые сообщения о генетически модифицированных растениях и полученных из них продуктах питания появились в 80-х гг.

Сегодня существуют трансгенные растения, микроорганизмы и животные. Их получают путём встраивания генов, выделенных из одних организмов и несущих определенную генетическую информацию (например, устойчивость к заморозкам, гербицидам, болезням и паразитам, высокая урожайность, неполегаемость, продуктивность и др.) в ДНК других.

В настоящее время только в США насчитывается более 150 наименований генетически измененных продуктов. Трансгенные растения выращивают в США, Канаде, Японии, Китае, Бразилии, Аргентине и многих других странах. Европейские государства занимают в этом отношении более жесткую позицию.

В настоящее время генетическому  изменению подвергается важнейшее растительное сырье, и, поскольку растительное сырьё используется во многих технологиях, перечень продуктов, содержащих трансгенные компоненты является очень широким.

Наиболее  распространены трансгенные соя, томаты, кукуруза, рис, картофель, клубника.

Широко  используются в пищевой промышленности генетически модифицированные дрожжи и ферментные препараты, полученные из трансгенных микроорганизмов (в основном – это гидролазы, в сыроделии – рекомбинированный химозин, при переработке растений используется множество рекомбинированных амилаз).

Генная  инженерия находит применение и  в животноводстве, влияя на рост и продуктивность сельскохозяйственных животных.

Безопасность  генетически модифицированных продуктов  питания остается все еще под вопросом. И хотя сегодня нет конкретных примеров серьезной опасности от генетически модифицированных продуктов, учёные не могут дать однозначного ответа на вопрос о возможной опасности отдаленных последствий. Теоретически возможны крайне тяжелые последствия от употребления трансгенных продуктов.

В связи с этим трансгенная продукция должна проходить тщательную многофакторную проверку на безопасность и иметь специальную маркировку.

 

 

2 Фальсификация пищевых продуктов

С точки зрения безопасности продуктов питания значительную опасность могут представлять и некоторые виды фальсификации пищевых продуктов. Как правило, это виды ассортиментной фальсификации, которые могут привести к использованию опасных заменителей. Виды таких фальсификаций крайне разнообразны.

Примерами могут служить: фальсификация алкогольных  напитков путем частичной или  полной замены пищевого этилового спирта техническим спиртом, содержащим вредные  примеси; приготовление «искусственных»  вин; использование запрещенных  пищевых добавок или применение их в повышенных количествах; недостаточное отделение примесей в крупяных продуктах, использование загрязненного растительного сырья, больных животных, испорченных полуфабрикатов и т. д.

Последствия изготовления, реализации и потребления  фальсифицированных товаров связаны  с риском и потерями, в первую очередь, со стороны потребителя. При  широком распространении фальсифицированной продукции возникает риск утраты здоровья, снижается продолжительность жизни, увеличивается смертность от болезней и пищевых отравлений.

 

 

Лекция  №14

Тема: Изменения макро- и микронутриентов в технологическом потоке

1 Изменения белков в технологическом потоке

2 Изменения липидов в технологическом потоке

3 Изменения углеводов в технологическом потоке

4 Изменения минеральных веществ в технологическом потоке

5 Изменения витаминов в технологическом потоке

 

1 Изменения белков в технологическом потоке

Нативная трехмерная структура  белков поддерживается разнообразием внутри- и межмолекулярных сил и поперечных связей. Любое изменение условий среды в технологических потоках производства пищевых продуктов оказывает влияние на связи молекулярной структуры и может привести к разрушению четвертичной, третичной и вторичной структуры. Этот процесс называется денатурацией.

Большинство белков денатурируются в  присутствии сильных минеральных  кислот или оснований, при нагревании, охлаждении, обработке поверхностно-активными  веществами, мочевиной, солями тяжелых металлов (Ag, Pb, Hg) или органическими растворителями (этанолом, метанолом, ацетоном).

Большая часть белков денатурируется при температурах выше 60°С, однако встречаются и термостабильные белки (казеин и а-лактоальбулин молока и а-амилазы некоторых бактерий). Тепловая денатурация белков является одним из основных физико-химических процессов, лежащих в основе выпечки хлебобулочных изделий, сушки макаронных изделий, варки, жарения овощей, рыбы, мяса, консервирования, пастеризации и стерилизации молока. Данный вид превращений относится к полезным, так как он ускоряет переваривание белков в желудочно-кишечном тракте человека.

Однако при тепловой обработке  продуктов выше 100°С со значительной скоростью протекает взаимодействие белков с восстанавливающими сахарами, сопровождающееся образованием карбонильных соединений и темноокрашенных продуктов – меланоидинов, при этом теряются незаменимые аминокислоты (лизин, треонин), что ухудшает пищевую ценность продукта.

Термическая обработка белоксодержащей  пищи при температурах выше 120°С или при более низких, но в щелочной среде, приводит не к денатурации, а к разрушению (деструкции) макромолекул белка с отщеплением функциональных групп, расщеплением пептидных связей и образованием сероводорода, аммиака, углекислого газа и ряда более сложных соединений небелковой природы. Некоторые из них обладают мутогенными свойствами.

Наряду с денатурацией белков возможна их агрегация. Способность белков к формированию высоко агрегированных и надмолекулярных образований зависит от рН, ионной силы и состава среды.