Активность воды и стабильность пищевых продуктов. Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов.

Активность воды (aw) — это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре. Это отношение входит в основную термодинамическую формулу определения энергии связи влаги с материалом (уравнение Ребиндера): ΔF = L = RT∙ln Р0 Рw = -RT∙lnaw , где ΔF — уменьшение свободной энергии (при постоянной температуре); L — работа отрыва 1 моля воды от сухого скелета материала (без изменения состава); R — универсальная газовая постоянная. aw = Рw Р0 = POB 100 , где Pw — давление водяного пара в системе пищевого продукта; Ро — давление пара чистой воды; РОВ — относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %. По величине активности воды выделяют: продукты с высокой влажностью (aw= 1,0—0,9); продукты с промежуточной влажностью (aw= 0,9—0,6); продукты с низкой влажностью (aw= 0,6—0,0)

В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль. Для большинства химических реакций, большая или максимальная скорость имеет место, как правило, в области aw, характерной для продуктов с промежуточной влажностью (0,7—0,9). Минимальная скорость этих реакций на кривой изотермы наблюдается на границе зон I и II (aw= 0,2—0,4), и для всех реакций, кроме окисления липидов, скорость остается минимальной, если aw еще меньше. Влагосодержание, соответствующее этому состоянию, составляет мономолекулярный слой. Окисление липидов начинается при низкой aw По мере ее увеличения скорость окисления уменьшается примерно до границы зон I и II на изотерме, а затем снова увеличивается до границы зон II и III. Дальнейшее увеличение aw снова уменьшает скорость окисления (на рис. 10.8 не показано). Эти изменения можно объяснить тем, что при добавлении воды к сухому материалу сначала имеет место столкновение с кислородом. Эта вода (зона I) связывает гидропероксиды, сталкивается с их продуктами распада и, таким образом, препятствует окислению. Кроме того, добавленная вода гидратирует ионы металлов, которые катализируют окисление, уменьшая их действенность. Добавление воды за границей I—II приводит к увеличению скорости окисления. Предполагается, что вода, добавленная в этой области изотермы, может ускорять окисление путем увеличения растворимости кислорода и набухания макромолекул.

РОЛЬ ЛЬДА В ОБЕСПЕЧЕНИИ СТАБИЛЬНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой температуры, чем от образования льда. Образование льда в клеточных структурах пищевых продуктов и гелях имеет два важных следствия:

а) неводные компоненты концентрируются в незамерзающей фазе (незамерзающая фаза существует в пищевых продуктах при всех температурах хранения)

б) вся вода, превращаемая в лед, увеличивается ~ на 9% в объеме.

Во время замораживания вода переходит в кристаллы льда различной, недостаточно высокой степени чистоты. Все неводные компоненты поэтому концентрируются в уменьшенном количестве незамерзшей воды. Благодаря этому эффекту, незамерзшая фаза существенно изменяет такие свойства, как рН, титруемая кислотность, ионная сила, вязкость, точка замерзания, поверхностное натяжение, окислительно-восстановительный потенциал. Структура воды и взаимодействие "вода—растворенное вещество" также могут сильно изменяться. Эти изменения могут увеличить скорости реакций. Таким образом, замораживание имеет два противоположных влияния на скорость 487 реакций: низкая температура как таковая будет ее уменьшать, а концентрирование компонентов в незамерзшей воде — иногда увеличивать.

66. Методы определения влаги в пищевых продуктах.

Высушивание до постоянной массы. Содержание влаги рассчитывают по разности массы образца до и после высушивания в сушильном шкафу при температуре 100 — 105°С. Это — стандартный метод определения влаги в техно-химическом контроле пищевых продуктов. Поскольку в основе метода лежит высушивание образца до постоянной массы, метод требует много времени для проведения анализа. Титрование по модифицированному методу Карла Фишера. Метод основан на использовании реакции окисления-восстановления с участием иода и диоксида серы, которая протекает в присутствии воды. Использование специально подобранных органических реагентов позволяет достигнуть полного извлечения воды из пищевого продукта, а использование в качестве органического основания имидазола способствует практически полному протеканию реакции. Содержание влаги в продукте рассчитывается по количеству иода, затраченному на титрование. Метод отличается высокой точностью и стабильностью результатов (в том числе при очень низком содержании влаги) и быстротой проведения анализа.

67.Чужеродные для организма вещества, относящиеся к группе ксенобиотиков (греческое xenos - чужой). Такие вещества в норме отсутствуют в организме или имеющиеся в следовых количествах. К ксенобиотиков, кроме большинства лекарственных средств, относятся пищевые добавки, красители, вкусовые средства, консерванты, различные соединения, используемые для защиты растений, инсектициды, отходы промышленных предприятий и т.д.. В современных условиях жизни и работы человека в его организм поступают различные посторонние вещества, которые в организме подвергаются постоянным преобразований. Некоторые из них могут выделяться в неизменном виде с мочой, с секретом пищеварительных желез в полости желудочно-кишечного тракта, с потом через кожу, а летучие вещества проникают через легочные мембраны и выделяются из легких с выдыхаемым. Наиболее активная смена ксенобиотиков происходит посредством процессов метаболизма, которые, как правило, направлены на образование менее токсичных и более растворимых в воде молекул, что облегчает выделение их из организма. Чужеродные вещества, растворимые в липидах, медленно выводятся из организма и медленно метаболизируются в нем. Вследствие этого они накапливаются в организме. Чужеродные вещества из группы металлов (ртуть, кадмий, свинец, серебро и др..) И металлоидов (мышьяк, сурьма), вступающие в прочный ковалентная химическая связь с белками, глутатио-ном и другими биомолекул тканей, долго задерживаются в организме. Для их выведения необходимо применение антидотов, которые вступают с ними в более прочную связь (унитиол, различные комплексоны и т.п.). Чужеродные для организма вещества, относящиеся к группе ксенобиотиков (греческое xenos - чужой). Такие вещества в норме отсутствуют в организме или имеющиеся в следовых количествах. К ксенобиотиков, кроме большинства лекарственных средств, относятся пищевые добавки, красители, вкусовые средства, консерванты, различные соединения, используемые для защиты растений, инсектициды, отходы промышленных предприятий и т.д.. В современных условиях жизни и работы человека в его организм поступают различные посторонние вещества, которые в организме подвергаются постоянным преобразований. Некоторые из них могут выделяться в неизменном виде с мочой, с секретом пищеварительных желез в полости желудочно-кишечного тракта, с потом через кожу, а летучие вещества проникают через легочные мембраны и выделяются из легких с выдыхаемым. Наиболее активная смена ксенобиотиков происходит посредством процессов метаболизма, которые, как правило, направлены на образование менее токсичных и более растворимых в воде молекул, что облегчает выделение их из организма. Чужеродные вещества, растворимые в липидах, медленно выводятся из организма и медленно метаболизируются в нем. Вследствие этого они накапливаются в организме. Чужеродные вещества из группы металлов (ртуть, кадмий, свинец, серебро и др..) И металлоидов (мышьяк, сурьма), вступающие в прочный ковалентная химическая связь с белками, глутатио-ном и другими биомолекул тканей, долго задерживаются в организме. Для их выведения необходимо применение антидотов, которые вступают с ними в более прочную связь (унитиол, различные комплексоны и т.п.).

ПРИРОДНЫЕ.Все пищевые вещества полезны здоровому организму в оптимальных количествах и оптимальном соотношении. Но в пище всегда имеются микрокомпоненты, которые в относительно повышенных количествах вызывают неблагоприятный эффект. К ним относятся, во-первых, так называемые природные токсиканты – натуральные, присущие данному виду продукта биологически активные вещества, которые могут при определенных условиях потребления вызывать токсический эффект, во-вторых, «загрязнители» – токсичные вещества, поступающие в пищу из окружающей среды вследствие нарушения технологии выращивания (кормления – для животных), производства или хранения продуктов или других причин. В этой статье рассмотрим природные токсиканты, в следующей “загрязнители”.

К природным токсикантам относятся биогенные амины, некоторые алкалоиды, цианогенные гликозиды, кумарины и ряд других соединений.

Биогенные амины. Наиболее изучены из природных токсикантов так называемые биогенные амины, такие, как серотонин, тирамин, гистамин, обладающие сосудосуживающим эффектом, и ряд других. Серотонин содержится главным образом в овощах и фруктах, например в томатах 12 мг/кг серотина, в сливе до 10 мг/кг, а также в шоколаде до 27 мг/кг. При большом потреблении томатов в организм может поступать серотонин в количествах, сравнимых с фармакологическими дозами.

Тирамин чаще всего обнаруживается в ферментированных продуктах (в сыре содержание тирамина может достигать 1100 мг/кг), а также в некоторых рыбных продуктах, например в маринованной сельди до 3000 мг/кг.

Гистамин – вызывает нарушение сосудистых реакций, например, головную боль. Его содержание в большинстве случаев коррелирует с тирамином.

В сырье гистамина от 10 до 2500 мг/кг, в рыбных консервах, вяленой рыбе до 2000 мг/кг.

Так что гипертоникам злоупотреблять сыром и рыбными деликатесами не следует.

Из других биогенных аминов, обладающих более слабым действием на организм, следует отметить путресцин (до 680-мг/кг в некоторых сырах и до 120 мг/кг в консервированной сельди), кадаверин (до 370 мг/кг в некоторых сырах и до 100 мг/кг в консервированном тунце). При этом содержание путресцина и кадаверина (а также спермидина) увеличивается при хранении рыбной продукции.

Содержание гистамина в количествах более 100 мг/кг может представлять опасность для здоровья, поэтому реализовать продукты с таким количеством гистамина запрещено.

Алкалоиды. Наиболее изучены так называемые пуриновые алкалоиды, к которым относится кофеин и часто сопровождающие его теобромин и теофилин. Они возбуждают нервную систему, что не всегда желательно.Непосредственно в зернах кофе и листьях чая содержание кофеина в зависимости от вида сырья может достигать от 1 ° до 4 %. В напитках – кофе и чае, естественно, меньше. В зависимости от способа приготовления и дозы в напитке кофе 050 мг/л кофеина, в напитке чая до 350 мг/л. В напитках типа пепси-кола и кока-кола до 100 мг/л и выше. Поэтому крепкий кофе и чай многим людям из-за возбуждения нервной системы пить на ночь не рекомендуется, так же как в любое время дня детям напитки типа пепси-кола и кока-кола.

Однако следует отметить, что пуриновые алкалоиды при систематическом потреблении их на уровне 1000 мг в день вызывают у человека постоянную потребность в них, напоминающую тягу алкоголиков к спиртному. Эта ненормальная потребность по аналогии с алкоголизмом получила название «кофеинизм». Безусловно, такое постоянное потребление кофеиноподобных алкалоидов нежелательно даже для здоровых людей.

И еще о двух алкалоидах, содержащихся в картофеле, – соланине, а также хаконине, которые относят к группе стероидных алкалоидов. При прорастании и позеленении картофеля в кожице и позеленевшей части клубня количество соланина (и хаконина) увеличивается более чем в 10 раз и может достигать 500 мг/кг. Соланин –сильным горьким вкусом и при зачистке картофеля от кожуры обычно удаляются.

Цианогенные гликозиды. В ряде других фруктов встречаются гликозиды (т. е. вещества, содержащие в своем вещество средней токсичности и при попадании в организм в повышенных количествах может вызвать типичные признаки отравления (одышку, тошноту, понос). К нашему счастью, эти алкалоиды обладают составе сахар) некоторых цианогенных альдегидов или кетонов, которые при ферментативном или кислотном гидролизе выделяют синильную кислоту HCN, вызывающую поражение нервной системы.

Наиболее известный из цианогенных гликозидов – амигдалин , который обнаруживается главным образом в косточках (например, миндаля от 5 до 8 %, персиков, сливы и абрикосов от 4 – до 6 %). Поэтому увлекаться приятными горькими абрикосовыми и миндальными ядрами не стоит. Кстати, на кондитерских фабриках применение горького миндаля ограничивается.

В наливках и настойках, полученных с использованием фруктов с косточками (вишня, персик, абрикос и др.), амигдалин гидролизуется ферментами с образованием синильной кислоты, что опасно для здоровья. Поэтому хранить такие наливки и настойки длительное время (свыше 1 года) не рекомендуется. В то же время компоты и варенья из косточковых безопасны, так как при нагревании ферменты, гидролизующие амигдалин, инактивируются и образование синильной кислоты не происходит.

В некоторых растениях встречаются и другие природные токсиканты, например кумарины (в некоторых листовых овощах).

Чтобы обезопасить себя от нежелательного действия натуральных токсикантов, следует возможно разнообразнее питаться. В этом случае исключено, чтобы в ежедневном рационе произошло накопление нежелательных токсикантов в опасной для здоровья концентрации.

Синтетические.

Подавляющее большинство известных химических соединений получены синтетическим путем. Нет такой области деятельности, в ходе которой современный человек не контактировал бы с химическими веществами. Некоторые группы веществ, не смотря на их широчайшее использование, в силу высокой биологической активности, требуют особого внимания со стороны токсикологов. Это, прежде всего, пестициды, органические растворители, лекарства, токсичные компоненты различных производств, побочные продукты химического синтеза и т.д. Наиболее желательным свойством пестицидов, в этой связи, является избирательность их действия в отношении организмов-мишеней. Однако селективность действия подавляющего большинства пестицидов не является абсолютной, поэтому многие вещества представляют большую или меньшую опасность для человека. Основной риск, связанный с использованием пестицидов, обусловлен их накоплением в окружающей среде и биоте, перемещением по пищевым цепям, вплоть до человека. Достаточно часты случаи острого отравления пестицидами. Не изжиты хронические интоксикации у рабочих, занятых в производстве и использовании пестицидов. Поскольку организмы "вредителей" адаптируются к действию химических веществ, во всем мире постоянно синтезируются и внедряются в практику десятки и сотни новых соединений. Различные классы пестицидов представлены на табл. 4. И структура некоторых из них представлены на рис. 7.

68. Контроль за загрязнением пищевых продуктов.Современные методы обнаруже­ния и определения содержания микотоксинов в пищевых продуктах и кормах включают скрининг-методы, количественные аналитические и биологические методы.Скрининг-методы отличаются быстротой и удобны для проведения серийных анализов, позволяют быстро и надежно разделять загрязнен­ные и незагрязненные образцы. К ним относятся такие широко распро­страненные методы, как миниколоночный метод определения афлаток-синов, охратоксина А и зеараленона; методы тонкослойной хроматогра­фии (ТСХ-методы) для одновременного определения до 30 различных микотоксинов, флуоресцентный метод определения зерна, загрязненного афлатоксинами, и некоторые другие.Количественные аналитические методы определения микотоксинов представлены химическими, радиоиммунологическими и иммунофер-ментными методами. Химические методы являются в настоящее время наиболее распространенными и состоят из двух стадий: стадии выделе­ния и стадии количественного определения микотоксинов. Стадия вы­деления включает экстракцию (отделение микотоксина от субстрата) и очистку (отделение микотоксина от соединений с близкими физико-хи­мическими характеристиками). Окончательное разделение микотокси­нов проводится с помощью различных хроматографических методов, та­ких как газовая (ГХ) и газожидкостная хроматография (ГЖХ), тонкослой­ная хроматография (ТСХ), высокоэффективная жидкостная хроматог­рафия (ВЭЖХ) и масс-спектрометрия. Количественную оценку содер­жания микотоксинов проводят путем сравнения интенсивности флуо­ресценции при ТСХ в ультрафиолетовой области спектра со стандарта­ми. Для подтверждения достоверности полученных результатов приме­няют различные тесты, основанные на получении производных мико­токсинов с иными хроматографическими, колориметрическими или флюорометрическими характеристиками.

Высокочувствительные и высокоспецифичные радиоиммуно-химиче-ские и иммуноферментные методы обнаружения, идентификации и ко­личественного определения микотоксинов находят все более широкое при­менение и пользуются повышенным вниманием со стороны исследовате­лей. Эти методы основаны на получении антисывороток к конъюгатам микотоксинов с бычьим сывороточным альбумином. Основным преиму­ществом этих методов является их исключительная чувствительность.

Биологические методы обычно не отличаются высокой специфич­ностью и чувствительностью и применяются, главным образом, в тех

случаях, когда отсутствуют химические методы выявления микотокси­нов или в дополнение к ним в качестве подтверждающих тестов. В качестве тест-объектов используют различные микроорганизмы, ку­риные эмбрионы, различные лабораторные животные, культуры кле­ток и тканей.