Особливості харчових продуктів та їх виробництва

Білки поділяються на повноцінні і неповноцінні. Перші містять всі незамінні амінокислоти, в інших – відсутні одна або кілько незамінних амінокислот. Дуже важливим є не тільки склад замінних і незамінних амінокислот в білках, але і їх співвідношення. Для визначення біологічної цінності білків використовують хімічні, біологічні та розрахункові методи. Найбільш поширені хімічні методи, які засновані на експериментальному визначенні амінокислотного складу білків і порівнянні їх з «ідеальним» білком, склад якого запропонувала комісія ФАО/ВООЗ. Підраховують відсотковий вміст кожної з амінокислот відносно її вмісту в «ідеальному» білку, тобто амінокислотний скор, за формулою:

АС =

де    АС – амінокислотний скор, %

G_АК – вміст амінокислоти, мг;

Лімітованою амінокислотою, що обмежує біологічну цінність білка, вважається та, скор якої має найменше значення. Звичайно розраховують скор для трьох найбільш дефіцитних амінокислот. У курячих яйцях та жіночому молоці скор для всіх ессенціальних амінокислот близький до 100 %.

У середньому білки їжі засвоюються на 92 %, засвоєння  білків тваринного походження складає 97 %, рослинних – 83-85 %, що пов’язано з вмістом баластних речовин у продуктах рослинного походження.

В Україні прийняті оптимальні норми споживання білків, згідно з якими за рахунок білка їжі енергетична потреба організму забезпечується на 11-13 % від загальної енергетичної потреби організму. З них білки тваринного походження повинні складати 55 %.

Потреба у білку залежить від віку, статі, характеру праці, кліматичних умов та національних особливостей харчування.

До небілкових азотистих речовин відносяться аміачні сполуки, нітрати, нітрити та ін.

Аміачні сполуки виявляються  в харчових продуктах у вигляді  аміаку і його похідних, як продукти розпаду білків або амінокислот. Їх наявність служить ознакою гнильного псування продуктів. При оцінці м’яса і риби, виявлення аміаку є важливим показником їхньої свіжості. Похідні аміаку додають продуктам невластиві запахи: моноаміни – аміачний, диметиламіни – оселедцевий, триметиламіни – гнилої риби.

Нітрати і  нітрити – це солі азотної і азотистої кислоти. У кількості  
5 мг% ці речовини застосовуються як стабілізатори кольору м’ясних виробів – ковбас, копченостей. Вони накопичуються у свіжих плодах і овочах, особливо при посиленому азотному підживленню. Вміст нітратів і нітритів відносяться до показників безпеки.

За певних умов білкові речовини перетворюються у драглі, які характеризуються рядом фізичних властивостей, які характерні для твердої речовини – мають значну міцність, пружність, еластичність. Драглі є основою структур багатьох харчових продуктів тваринного і рослинного походження.

Набрякання  або гідратація білків – це здатність білків поглинати і утримувати протягом певного часу зв’язану воду. При цьому в багато разів змінюється об’єм набряклих білків і консистенція продукту. Набряклі білки утворюють колоїдні системи – гелі, які мають драглеподібну консистенцію. Типовим прикладом таких гелів є пшеничне тісто. По закінченні визначеного часу гелі втрачають здатність утримувати воду. Це явище називають синерезисом. В результаті синерезису відбувається старіння білків борошна, крупи, особливо бобових, хлібобулочних виробів, що викликає їх черствіння.

Денатурація і коагуляція білків – процес згортання і випадіння  білків в осад під дією різних факторів. При цьому втрачається їх здатність до розчинення в різних розчинниках, але покращується їх засвоюваність. Денатурація білків викликається: тепловою обробкою – при варінні круп, м’яса, яєць, риби; органічними кислотами – при скисанні молока, квашенні і маринуванні овочів; кухонної солі – при солінні; зниженими температурами – при заморожуванні м’яса, риби, плодів і овочів; підвищеними концентраціями цукру – при консервуванні цукром; солей важких металів, зневодненням – при сушінні. У ряді випадків денатурація білків настає при низьких температурах теплової обробки і значно прискорюється – при підвищенні температури до 60-65 ^оС. Підвищення температури до 100 ^оС і вище призводить до більш глибоких змін білків. Що супроводжується утворенням з’єднань стійких до ферментативного гідролізу. А через це – до зниження засвоюваності білків.

Денатурація може бути зворотною і незворотною.  При зворотній денатурації відновлюється здатність білків до набрякання. Вона спостерігається при дії солей, кислот, цукру, частково – при сушінні. Денатурація залежить від концентрації речовин, що викликають денатурацію, тривалості їх дії. Незворотна денатурація відбувається при нагріванні до температури вище 50-60 ^оС.

Денатурація білків спостерігається і при тривалому зберіганні, наприклад, насіння бобових, білки яких втрачають здатність до набрякання внаслідок зменшення їх гідрофільності. Вона відіграє важливу роль у ряді технологічних процесів – при виготовленні консервів, при випічці хліба, кондитерських виробів, при сушінні макаронів, овочів. Молока, яєчного порошку.

Гідроліз  білків – процес розпаду молекул білків за участю води до поліпептидів, пептидів і вільних амінокислот. Цей процес має місце при засвоєнні білків. Гідроліз може відбуватися за участю ферментів або кислот при нагріванні. Гідролітичні процеси мають місце при бродінні тіста, вина, квашенні, проростанні овочів, при дозріванні сирів, м’яса, риби, а також при мікробіологічному псуванні.

Реакція середовища, при  якому кількість позитивних і негативних зарядів білка стає однаковим, білок втрачає здатність розчинятися і випадає в осад, називається ізоелектричною точкою даного білка. Наприклад для казеїну ізоелектрична точка знаходиться при рН 4,7, для яєчного водорозчинного альбуміну – при рН 6,2. Зміна білків м’яса, риби й інших продуктів при тепловій обробці впливає на такий технологічний показник, як вихід виробів.

При участі азотистих речовин відбувається неферментативне утворення коричневого забарвлення харчових продуктів. Неферментативне потемніння продуктів відбувається при їх готуванні і зберіганні. Процес утворення коричневого забарвлення представляє собою взаємодію між аміногрупою амінокислот, амінів, поліпептидів і білків та глікозидною групою цукрі називається реакцією Майяра, або меланоїдиноутворенням. В результаті реакції утворюються полімерні сполуки, які забарвлені в коричньовий колір і називаються меланоїдинами. На перебіг цієї реакції впливає температура, вологість, рН, склад взаємодіючих компонентів, присутність солей, вітамінів, летких альдегідів. Меланоїдиноутворення знижує як харчову, так і споживчу цінність продуктів. Наприклад, меланоїдини утворюються в молоці при тривалому кип’ятінні, у згущеному молоці – при його зберіганні. Реакції меланоїдиноутворення протікають у слабко лужному, нейтральному і слабко кислоту середовищі.

Утворення меланоїдинів бажано при жарінні риби, м’яса та овочів. Утворюється характерне фарбування, аромат і смак смажених продуктів. Зниження харчової цінності продукту внаслідок  покоричневіння обмежується лише поверхнею продукту.

Утворення меланоїдинів небажано при виробництві консервів у герметичній тарі – плодових соків, джемів, сушених овочів, грибів, м’яса, м’ясних і овочевих виробів, томат-продуктів, тому що це призводить до потемніння, зміни аромату та смаку готової продукції. У яєчному порошку, згущеному молоці змінюється вміст лізину, білки стають коричневими, їх молекулярна маса збільшується, іноді вони втрачають розчинність. При зберіганні супових концентратів, бульйонних кубиків, м’ясних екстрактів з’являються проміжні продукти реакції Майяра. При виробництві деяких продуктів для попередження меланоїдиноутворення використовують сировину з малим вмістом редукуючих цукрів. Наприклад, для виготовлення сушеної картоплі, картопляної крупки, використовують бульбу з вмістом цукрів до 0,4 %.

Неферментативне покоричневіння може відбутися у виробах, що містять ліпіди і білки, якщо продукт зберігається при підвищеній температурі протягом тривалого часу. При цьому продукти окислення жирів вступають у хімічний зв'язок з функціональними групами білків. В результаті цих реакцій змінюється не тільки забарвлення, а й консистенція, знижується харчова цінність продукту, зменшується розчинність білків і розщеплення їх ферментами.

Ферментативне потемніння продуктів спостерігається в результаті окислення амінокислот під дією ферментів. Наприклад. після 2-3 місяців зберігання картоплі при температурі 0 ^оС може відбутися потемніння серцевини бульби в результаті окислення амінокислоти тирозину під впливом ферменту тирозинази. Окислюючись, тирозин перетворюється в меланін, який має чорний колір. Таке ж явище спостерігається при недостатній тепловій обробці буряків і буряк набуває чорного кольору.

Вуглеводи та їх похідні

Вуглеводи – є основними компонентами продуктів рослинного походження. В раціоні харчування вони займають провідне місце, тому що являються основними постачальниками енергії. При підвищених енерговитратах потреба у вуглеводах зростає. Організм людини не може запасати вуглеводи у великій кількості. Невелика кількість глікогену утримується у м’язах, а глюкози – у крові. До складу вуглеводів входять 3 групи вуглеводів – моносахариди, олігосахариди, полісахариди.

За харчовою цінністю вуглеводи поділяються на засвоювані і незасвоювані. Засвоювані вуглеводи перетравлюються у травному тракті людини, продукти гідролізу всмоктуються у тонкому кишечнику і беруть участь в метаболічних процесах. До засвоюваних вуглеводів відноситься більшість моносахаридів, олігосахаридів та деякі полісахариди. Не засвоювані вуглеводи – це харчові волокна.

Представниками найбільш розповсюджених моносахаридів являються – глюкоза, фруктоза, галактоза, маноза; олігосахаридів – дисахариди сахароза, мальтоза, лактоза; полісахаридів – крохмаль, клітковина, глікоген, пектинові речовини та ін.

Моносахариди солодкі  на смак і розчинні у воді, полісахариди – важко-розчинні або нерозчинні у холодній воді і не мають солодкого смаку.

Глюкоза – (виноградний цукор) міститься в харчових продуктах рослинного походження – зернових, плодоовочевих, і у невеликій кількості у м’язовій тканині м’яса, кров’яних ковбасах, сальтисон ах. Найбільш багаті глюкозою натуральний мед (близько №) %) і виноград. Глюкоза входить до складу інверсного цукру. Засвоюваність глюкози вище, ніж інших цукрів. При недостатньому утворенні в організмі гармону підшлункової залози інсуліну, використання глюкози сповільнюється і виникає захворювання цукровий діабет.

Фруктоза – (фруктовий цукор) є присутньою у багатьох продуктах рослинного походження разом з глюкозою, але відсутня у продуктах тваринного походження. Найбільш багатий фруктозою натуральний мед, який містить її до 35 %. Фруктоза – переважний цукор зерняткових плодів, кавунів. Залишки молекул фруктози входять до складу молекули полісахариду інуліні, що міститься в топінамбурі і часнику. Фруктоза має підвищену солодкість, добре засвоюється організмом людини. Встановлено, що фруктоза в меншій ступені викликає карієс зубів, ніж сахароза і глюкоза.

Сахароза – (буряковий цукор) складається з залишків молекул глюкози і фруктози. Сахароза є переважним цукром у динях, бананах, кісточкових, а також у всіх продуктах, які виробляються з використання цукру. Сахароза засвоюється організмом людини тільки після її гідролізу до моносахаридів. Надлишкове вживання сахарози сприяє розвитку діабету, ожирінню і карієсу зубів.

Лактоза – (молочний цукор) складається з залишків молекул глюкози і галактози. Засвоюється організмом людини і зброджується мікроорганізмами тільки після гідролізу. Має найнижчий ступінь солодкості. Лактоза є основним цукром молочних продуктів. При виробництві кисломолочних продуктів і сирів лактоза частково або цілком зброджується.

Глікоген – входить до складу тваринних організмів Він відкладається в основному у печінці в межах 2-10 % і служить запасною речовиною. З глікогену поступово утворюється і надходить у кров глюкоза, яка слугує джерелом енергії для всіх тканин. Глікоген розчинний у теплій воді з утворенням колоїдного розчину, гідролізується аналогічно крохмалю і засвоюється організмом людини.

Крохмаль – важливий вуглевод для людини. В деяких раціонах складає 80-85 % від загальної кількості вуглеводів. Джерелом крохмалю є зернові, бобові, картопля. Часто використовується в якості добавок при виготовленні продуктів з тваринної сировини  – варених ковбас, паштетів деяких консервів. Крохмаль нерозчинний у холодній воді, в гарячій воді – утворює колоїдні розчини. Крохмаль складається з амілози і амілопектину. У гарячій воді амілоза  розчиняється, а амілопектин – набрякає. В процесі зберігання розчинів крохмалю, амілоза ретроградує і випадає в осад. Це явище вважається однією з причин черствіння хліба і старіння виробів із круп. Фізико-хімічні властивості крохмалю дозволяють одержувати на його основі напівфабрикати, що володіють необхідною водопоглинаючою здатністю та пластичністю.

При нагріванні крохмалю з водою у кислому середовищі або в присутності ферментів – амілаз відбувається його гідроліз. Продукти гідролізу можуть карамелізуватися і вступати в реакції меланоїдиноутворення. Термічна обробка продуктів, які містять крохмаль – варіння у воді, на парі, випічка, сушіння при атмосферному і підвищеному тиску, смаження у фритюрі та ін., дає можливість одержати вироби різної консистенції – супи. Соуси, і сприяє утворенню структур хліба, крекерів, екструдованих продуктів, які мають структуру наповнену повітрям – кукурудзяні палички та ін.

Для різних галузей виробництва  виробляються модифіковані крохмалі, які мають певні фізико-хімічні  властивості, і використовуються в  якості загущувачів при виготовленні желейних цукерок, східних солодощів, виробництва продуктів із м’яса, риби та ін.