Химический состав материалов: исследование влияния на качество потребительских товаров

> 

Целлюлоза (клетчатка) благотворно  влияет на развитие полезной микрофлоры кишечника, способствует выделению  холестерина из организма. Человеку требуется около 25 г. клетчатками  в сутки. Неодревесневевшая клетчатка, содержащая в листьях капусты и некоторых овощей, растворяется пищеварительных соками, а одревесневавшая (пропитанная минеральными солями, лигнином, кутином), содержащая, например, в оболочках зерна, кожуре картофеля, не усваивается организмом.

 

Пектин --растворимое вещество клеточного сока плодов и некоторых овощей в виде коллоидного раствора; в присутствии достаточного количества сахара (65%) и кислоты пектин образует прочное желе. Плоды содержащие пектин (яблоки, абрикосы, ренклоды), используются для выработки мармелада, желе, пастилы.

 

Липиды (от греческого липос -- жир) -- производные жирных кислот. Они делятся на простые (жиры, воска) и сложные (фосфатиды, гликолипиды). Значение липидов в питании определяется их высокой энергетической способностью и биологической активностью.

 

Липиды содержатся в каждой клетке организма, где участвуют  в обмене веществ и синтезе  белков, расходуются для построения мембран клеток и жировой ткани. Биологическая, ценность липидов определяется содержанием в них фосфатидов стеринов, витаминов, полиненасыщенных жирных кислот -- линолевой, линоленовой и арахидоновой, способствующих выведению холестерина из организма, повышению эластичности стенок кровеносных сосудов, снижению их проницаемости и имеющих важное значение в профилактике атеросклероза. В сутки человеку требуется (в г): фосфатидов -- 5, холестерина - 0,3--0,6, полиненасыщенных жирных кислот--3-6; жиров - 80--100 (в том числе растительных - 20-30)

 

Жиры

 

Жир является важным источником энергии: при окислении 1 г жира в  организме выделяется 38,9 кДж, или 9,3 ккал, тепла; кроме того, жир служит носителем жирорастворимых витаминов А, Д, Е, К.

 

По химической природе  жиры представляют собой смесь триглицеридов (сложные эфиры трехатомного, спирта глицерина) жирных кислот. На долю жирных кислот, обусловливающих различия в физических и химических свойствах жиров, приходится 90% молекулы триглицерида. В большинстве жиров растений и наземных животных содержится пять-восемь жирных кислот, в жирах морских животных и рыб -- несколько десятков, а в некоторых жирах растительного происхождения находится преимущественно одна кислота: в оливковом масле -- олеиновая, в касторовом --рицинолевая.

 

Жирные кислоты, входящие в состав жиров, содержат четное число  углеродных атомов и являются одноосновными. В зависимости от длины радикала (числа углеводородных групп в углеводородной цепи) жирные кислоты подразделяются на низкомолекулярные (с числом атомов углерода до 9) и высокомолекулярные, а в зависимости от характера связи атомов углерода в углеводородной цепи -- на предельные (все атомы углерода соединяются одинарными связями) и непредельные (имеют двойные связи).

 

Химические свойства жирных кислот определяются гидроксильными группами в карбоксиле молекулы, наличием двойных  связей и оксигрупп в радикале жирной кислоты.

 

По месту двойных связей к жирным кислотам могут присоединяться водород, кислород, галогены и другие вещества, существенно изменяя свойства кислот. Так, в результате реакции восстановления, т. е. присоединения, по месту двойных связей водорода, кислоты превращаются в, более насыщенные или даже предельные -- этот процесс называется гидрогенизацией. При увеличении в молекуле жирной кислоты числа двойных связей в 2--3 раза скорость реакции присоединения возрастает в десятки раз. Наличием двойных связей в радикале непредельных жирных кислот обусловлено снижение температуры плавления в несколько раз по сравнению с предельными кислотами, имеющими равнозначное число атомов углерода.

 

В природных жирах жирные кислоты чаще всего встречаются  в цис-форме, поэтому они обладают большей растворимостью в инертных растворителях, более низкой температурой плавления и меньшей стойкостью к окислению, чем соответствующие  транс-формы. Молекула жирной кислоты с двумя и более двойными связями может быть одновременно в цис и транс-формах. В процессе гидрогенизации в натуральных жирах, кроме цис-формы, может образоваться значительное количество транс-изомеров.

 

Жирнокислотный состав жиров и процессы, происходящие в них при хранении и переработке, характеризуются следующими показателями: кислотным числом, числом омыления, йодным числом.

 

Кислотное число, определяемое количеством миллиграммов КОН, необходимым  для нейтрализации свободных  жирных кислот в одном грамме жира, являются важным показателем свежести жира. При длительном хранении жиров  в неблагоприятных условиях оно  возрастает в несколько раз. Свободные  жирные кислоты в жирах образуется в результате окислительных превращений  или гидролитического распада глицеридов.

 

Число омыления измеряются количеством миллиграммов КОН, необходимым  для нейтрализации свободных  и связных глицерином жирных кислот, получающих при омылении одного грамма жира. Оно зависит от среднего молекулярного  веса входящих в жир кислот и является относительным показателем природы  жира. Число омыления в сочетании  с кислотным числом показывает глубину  окислительной порчи жира с накопление низкомолекулярных кислот.

 

Йодное число (коэффициент  непредельности) определяется количеством граммов йода, которое требуется для полного насыщения 100 граммов жира. Величина этого числа зависит от природы жира: для говяжьего --32-47, для свиного -- 46--66; для бараньего --31--46, для подсолнечного масла - 114-119.

 

Химически чистые жиры, как  правило, не имеют запаха и вкуса. При комнатной, температуре твердые  жиры белового цвета, а жидкие --бесцветные и прозрачные. В природных жирах животного растительного происхождения имеются сопутствующие вещества: вкусовые и ароматические, красящие, белковые, липоиды, влага, витамины, ферменты, воска и др. Белый цвет имеют жиры бараний, свиной и кокосовое масло. Желтоватый цвет натуральных растительных жиров говяжьего жира и коровьего масла обусловлен наличием в них каротина и карротиноидов, а зеленые оттенки оливкового и конопляного масел - хлорофиллом.

 

Вкус и запах природных  жиров и масел зависят от присутствия  в них специфических для каждого  вида летучих ароматических веществ  растворимых в жирах эфиров, спиртов, кислот, кетонов и др. Особенности  вкуса коровьего и кокосового масел, жиров рыб и морских  животных обусловлены жирнокислотным составом. Вкус и запах жиров могут изменяться во время их производства, переработки и хранения.

 

Жирорастворимые витамины А и Д содержатся главным образом в молочных и печеночных жирах, витамин Е - в растительных маслах, витамин К - в конопляном масле.

 

В виде коллоидных растворов  и в виде молекулярных соединений с фосфатидами в жирах находятся белки и углеводы как остатки тканей, из которых добывались жиры. Из неомыляемых щелочами веществ в жирах содержатся стерины, а также высокомолекулярные ненасыщенные углеводороды, которых мало в растительных маслах и больше в жирах рыб и морских животных.

 

Из ферментов в жирах  и маслах имеется липаза, а в  растительных маслах, кроме того, липоксидаза.

 

В процессе получения жиров, а также при неблагоприятных  условиях их хранения в них накапливаются  свободные жирные кислоты вследствие распада как самих жиров, так и сопутствующих веществ. При этом образуются гидроперекиси, перекиси, альдегиды, кетоны, полимеры и другие вещества, незначительные количества которых существенно изменяют вкус и запах природных жиров, снижают их пищевую ценность.

 

Физические свойства жиров  неодинаковы. В зависимости от жирнокислотного состава, жиры при комнатной температуре могут иметь жидкую, мазеобразную или твёрдую консистенцию. Температура застывания подсолнечного масла от - 16 до - 18?С, оливкового-- от -- 2 до--4°С;. хлопкового -- от - 1 до - 6 ? С. Твердые жиры представляют, собой сложную смесь различных триглицеридов, поэтому они не обладают точно выраженной точкой управления, а переход их в жидкое состояние совершается в определенном температурном интервале. Температурой плавления жира считают температуру его полного осветления. Температура застывания жира на несколько градусов ниже температуры плавления. Это свойство жиров имеет важное значение в кулинарии: жир горячего блюда в расплавленном виде усваивается организмом человека легче, чем в застывшем состоянии.

 

При комнатной температуре  жиры нелетучи, так как имеют высокий молекулярный вес (860-950), но в вакууме ( при остаточном давлении меньше 10-3 мм рт. ст.) они кипят и разделяются. на фракции, посредством молекулярной дисциплины. При обычном атмосферном давлении нагревание жиров 200?С не приводит к истинному кипению, при 240-250?С начинается химическое разложение жиров с образованием летучих веществ в виде дыма, газов, паров; выделяющий при разложении жиров глицерин превращается в непредельный альдегид акролеин, обладающий едким запахом, раздражающий слизистые оболочки, носами и горла, вызывающий слезотечение.

 

Температура дымообразования зависит от вила и химического состава жира: коровьего масла -208°С, комбижиров-- 210°С; свиного жира--221° С; гидрожира--230°С; хлопкового жира--233°С. Чем больше в жирах содержится свободных жирных кислот, тем ниже температура дымообразования.

 

При смешивании жидких жиров  с большим количеством воды незначительная часть их переходит в раствор, основная же масса жира образует неустойчивую быстрорасслаивающуюся водную эмульсию. Для получения прочных прямых эмульсий (масло/вода) и обратных (вода/масло) необходимо вводить эмульгаторы. Растворимость воды в жире при 100°С не выше 1%.

 

Химические свойства жиров  проявляются в реакциях гидролиза, окисления и гидрогенизации. Ускорение  или замедление этих реакций обусловлено  влиянием находящихся в природных  жирах сопутствующих веществ, которые  иногда оказывают специфическое  воздействие на характер происходящего  процесса и сами претерпевают различные  превращения.

 

Гидролиз жиров, т.е. расщепление  триглицерида на глицерин и жирные кислоты, легко протекает под действием воды и высокой температуры, щелочей, кислот и ферментов.

 

Реакция гидролиза, триглицеридов происходит чаще всего бимолекулярно, т.е. на одну молекулу триглицерида действует одна молекула воды, при этом образуется диглицерид, который затем расщепляется до моноглицерида, а в дальнейшем образуются глицерин и жирные кислоты. Нагрев до 200?С и повышение давления, присутствие катализаторов (СаО, МgО, Zn) и небольших количеств кислот, а также наличие щелочей ускоряют гидролиз (кислоты катализируют гидролиз водородными, а щелочи--гидроксильными ионами).

 

Неферментативный гидролиз протекает за счет растворенной в жире воды, т. е. происходит в жировой фазе, где растворенная вода вступает в реакцию. Ничтожно малая растворимость воды в жирах при комнатной температуре обеспечивает незначительную степень гидролиза жиров и масел. Сопутствующие вещества в жирах ускоряют их гидролиз как специфичностью воздействия, так и большей способностью связывать влагу. Высокие температуры катализируют гидролиз за счет тепловой активации, а также повышения, растворимости воды в жире. При кулинарной обработке в частности при длительном кипячении, триглицерида могут гидролизоваться; получающиеся жирные кислоты образуют эмульсию, что придает бульонам мутность. Чтобы бульон не приобретал неприятного вкуса и запаха, необходимо своевременно удалять с его поверхности жир.

 

Ферментативный гидролиз жиров происходит под действием  ферментов во время хранения или  при усвоении их организмом. Такой  гидролиз протекает исключительно  на поверхности соприкосновения  жира и воды, поэтому чем выше степень дисперсности эмульсии, тем выше скорость гидролиза. Усвояемость жира, таким образом, зависит не только от температуры плавления (чем ближе температура плавления жира к температуре организма человека, тем выше его усвояемость), но и от степени дисперсности жировой эмульсии, молока, сливок, сметаны, мороженого, коровьего масла, кисломолочных продуктов, маргарина находится в виде хорошо диспергированной эмульсии, поэтому сравнительно хорошо и легко усваивается. Для повышения усвояемости жиров в кулинарии приготовляют жировые эмульсии --соусы майонез и голландский, заправки и др.

 

Окисление жиров -- процесс химического взаимодействия кислорода и остатков непредельных жирных кислот. Процесс окисления является одним из основных факторов снижения пищевой ценности жиров. Окисление действии атмосферного кислорода называется: автоокисление.

 

Первая стадия автоокисления -- индукционный период, когда окислительные превращения в жирах практически не обнаруживаются. Длительность индукционного периода жиров обусловливается их жирнокислотным составом, составом и свойствами сопутствующих веществ, способами их выделения и условиями хранения. Устойчивость различных жиров и масел к окислению характеризуется сравнительной длительностью их индукционных периодов.

 

На второй стадии автоокисления происходят реакции, ведущие к образованию перекисных соединений.

 

На третьей стадии протекают  вторичные реакции перекисных соединений, в частности окислительный распад и уплотнения жирнокислотных остатков глицеридов, в жирах накапливаются продукты превращения гидроперекисей - альдегиды, кетоны, полимерные соединения, свободные низкомолекулярные жирные кислоты, которые могут резко изменить вкус и запах жиров и масел, существенно снизить их пищевые достоинства.

 

Липиды

 

К липоидам, встречающимся  в тканях в свободном состоянии  и в виде липопротеидов, относят  фосфатиды, стерины, цереброзиды и воска.

 

Фосфатиды -- сложные эфиры глицерина с жирными кислотами и фосфорной кислотой, которая, в свою очередь, соединена с азотистым основанием. К фосфатидам относят лецитин, кефалин, серинфосфатиды, ацетальфосфатиды, инозит-фосфатиды и сфингомиелины.

 

Наиболее изученные и  часто встречающиеся фосфатиды - лецитин, кефалин, серинфосфатиды - в больших количествах входят в состав нервной ткани и внутриклеточных структур.

 

Лецитин -- бесцветное вещество, быстро окисляющееся на воздухе, хорошо растворимое в этиловом спирте и других органических растворителях, кроме ацетона с водой образует стойкую эмульсию. Благодаря холину, связанному с фосфорной кислотой, лецитин обладает щелочными свойствами. Содержание лецитина в растительных организмах -- 0,05 - 1,5%, в яичном желтке-- 9--10%, в молочном жире - 1,2 - 1,4%, в мозговом веществе-- до 6%. Лецитин играет важную роль в процессе переноса жира из одной ткани в другую.