Тема лекций 2-3 Химический состав и пищевая ценность продуктов питания
Химический состав плодов и овощей весьма сложен. Входящие в него вещества по их растворимости в воде, разделяются на две группы: нерастворимые и растворимые.
Растворимые вещества входят в состав клеточного сока, а нерастворимые – образуют клеточные стенки, протоплазму, межклеточное вещество, восковой налет кожицы, крахмальные зерна, эфирные масла и др.
К нерастворимым веществам относятся целлюлоза, протопектин, гемицеллюлоза, крахмал, нерастворимые азотистые и некоторые минеральные вещества, нерастворимые в воде витамины и жиры.
Растворимые вещества, входящие в состав плодового или овощного сока- это органические кислоты, сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза), азотистые, дубильные, красящие вещества, пектин, воднорастворимые витамины, ферменты и минеральные вещества.
Таблица 1- Состав и калорийность пищевых продуктов (Н.Г.Сорокин)
| Пищевые продукты | Углеводы, % | Белки, % | Жиры, % | Калорийность в 100г съедобной части |
| Грецкие орехи | 11,7 | 11,7 | 49,7 | |
| Картофель сушеный | 67,2 | 5,3 | 0,7 | |
| Горох зеленый | ||||
| Виноград сушеный | 62,7 | 1,8 | 0,5 | |
| Фасоль | ||||
| Слива сушеная (чернослив) | 56,8 | 0,4 | 1,7 | |
| Сухие фрукты | 47,2 | 1,7 | - | |
| Хлеб ржаной | 39,3 | 5,7 | 0,6 | |
| Картофель | 18,6 | 1,4 | 0,2 | |
| Горох зеленый | 11,8 | 4,9 | 0,4 | |
| Виноград | 13,7 | 0,7 | - | |
| Свекла | 9,5 | 1,5 | 0,1 | |
| Яблоки | 10,9 | 0,3 | - | |
| Лук репчатый | 8,9 | 1,1 | 0,1 | |
| Морковь | 7,4 | 0,7 | 0,2 | |
| Груши | 8,2 | 0,3 | - | |
| Капуста белокочанная | 4,1 | 1,1 | 0,15 | |
| Томаты | 3,3 | 0,6 | 0,2 | |
| Тыква | 3,0 | 1,1 | 0,1 | |
| Арбуз | 3,7 | 0,5 | 0,05 | |
| Огурцы | 1,8 | 0,7 | 0,1 | |
| Масло сливочное | 0,6 | 1,0 | 84,0 | |
| Говядина | 0,7 | 19,6 | 5,2 | |
| Яйцо (куриное) | 0,7 | 12,5 | 12,0 |
1.Углеводы
Углеводы используется растением как энергетические вещества и материал для построения более сложных органических соединений. Для жизнедеятельности человека и животных углеводы являются важнейшим источником энергии.
По химическому составу углеводы представляют как бы продукт присоединения воды к углероду: х (С) + у (Н2О). Отсюда и происходит само название –углеводы.
Встречающие в плодах и овощах углеводы можно разделить на три группы
I. Моносахариды или монозы, к которым относятся глюкоза и фруктоза.
II. Дисахариды или биозы- сахароза
III. Полисахариды или полиозы- крахмал, инулин, целлюлоза или клетчатка, пектиновые вещества, пентозаны.
I. М о н о с а х а р и д ы (монозы) наиболее простые углеводы или сахара- служат исходными компонентами или составными частями при образовании дисахаридов и полисахаридов. В плодах и овощах встречаются, главным образом, такие моносахариды, как глюкоза и фруктоза, имеющие одинаковую эмпирическую формулу С6Н12О6, однако по внутреннему расположению атомов они отличаются различным строением и поэтому обладают разными физико-химическими свойствами.
Глюкозу иногда называют виноградным соком или декстрозой. Она является самым распространенным сахаром в растениях, где находится как в свободном, так и в связанном состоянии (в виде глюкозидов), часто она входит в состав дубильных и красящих веществ.
В чистом виде глюкоза представляет бесцветное кристаллическое вещество, легко растворимое в воде (в 100 частях воды при 150С растворяется 98 частей глюкозы). При нагревании до 1700 она разлагается и приобретает темнобурый цвет. Глюкоза обладает сладким вкусом, но значительно меньше, чем другие сахара (фруктоза, сахароза). Для промышленных целей глюкозу получают из крахмала (картофельного, кукурузного).
Фруктоза иначе называется плодовым сахаром или левулезой. Наряду с глюкозой, она встречается во многих плодах, в меде и овощах. Это наиболее сладкий сахар, который хорошо усваивается человеческим организмом и поэтому используется для питания больных диабетом.
Фруктоза весьма гигроскопична и легко поглощает влагу из воздуха. Продукты, содержащие много фруктозы, также становятся гигроскопичными. Это качество, а также сладость фруктозы делают ее очень ценным сырьем для разнообразных отраслей пищевой промышленности :кондитерской, хлебопекарной и др. При добавлении фруктозы в изготовляемые продукты- хлеб, конфеты, помадки и другие кондитерские изделия- последние долго сохраняют свою свежесть.
Значительное количество фруктозы находится в семечковых плодах и в винограде.
В промышленности фруктоза получается из полисахарида инулина, содержащегося в клубнях цикория, одуванчика, георгина, а также в клубнях топинамбура
II. Д и с а х а р и д ы. К числу дисахаридов, находящихся в плодах и овощах, относится сахароза, которую называют также свекловичным или тростниковым сахаром.
По химическому строению сахароза состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. При гидролитическом расщеплении под действием кислот или фермента инвертазы, из каждой молекулы сахарозы образуется по одной молекуле фруктозы и глюкозы:
С12Н22О11 + Н2О == С6Н12О6 + С6Н12О6
Этот процесс расчленения сахарозы на равные количества глюкозы и фруктозы именуется инверсией, а образовавшаяся смесь двух моносахаров- глюкозы и фруктозы- называется инвертным сахаром. Такой сахар во многих отношениях имеет свойства, одинаковые с фруктозой. Он более сладок, чем глюкоза и сахароза и обладает примерно такой же высокой гигроскопичностью, как фруктоза. Поэтому инвертный сахар широко применяется для улучшения качества пищевых продуктов.
Сахароза растворяется в воде в больших количествах. При О0 С в 100 частях воды растворяется 179 частей, а при 1000С – 487 частей сахарозы.
Главными источниками получения сахарозы в промышленном масштабе являются сахарная свекла, сахарный тростник, сорго, сахарный клен. Из этих растений и добывается, главным образом, употребляемый человеком в пищу сахар. В Казахстане техническим сырьем для получения сахара служит преимущественно сахарная свекла.
В плодах и овощах сахароза содержится в различных количествах- от 0 до 11-12%. В некоторых плодах, например, в винограде, красной смородине, сахароза совершенно не встречается.
По содержанию сахаров большинство плодов и ягод богаче овощей. В плодах общее количество сахара составляет от 6 до 13-15%, в ягодах- от 2,5 до 10% (сюда не относится виноград, в котором сахара 22% и больше). В овощах в среднем бывает от 1,4 до 6-8% сахара. Только некоторые отдельные виды овощей содержат 10-12% сахара.
С р а в н и т е л ь н а я с л а д о с т ь с а х а р о в. Сахара обладают различной степенью сладости. Самый сладкий из них – фруктоза, затем в убывающем порядке идут инвертный сахар, сахар и глюкоза. Если степень сладости глюкозы принять за 100, то относительная сладость других сахаров выразится в следующем порядке: сахароза- 145, инвертный сахар- 160, фруктоза- 220.
При одном и том же содержании сахара плоды будут тем более сладкими на вкус, чем меньше в них кислот. Поэтому степень сладости плодов выражают отношением процента сахара к проценту кислот, содержащихся в продукте.
Возьмем для примера антоновское яблоко. В среднем в нем содержится 8,6% сахара и 0,8% кислот. Следовательно, сравнительная сладость антоновских яблок выразится в следующем соотношении: 8, 6 =10,7
0,8
З н а ч е н и е с а х а р о в . Для самого растения сахара являются запасным питательным материалом. Этот материал расходуется растительным организмом для получения необходимой энергии, а также для образования других органических веществ (кислот, клетчатки, крахмала, пектиновых, дубильных, белковых веществ), требующихся построения растительной ткани.
Сахара являются для человека, животных и микроорганизмов превосходными продуктами питания, доставляющими необходимую энергию. Сахара ширококо используются в технических целях: для получения спирта, каучука; они служат источником образования молочной, уксусной и лимонной кислот. Кроме того, сахара могут быть использованы для синтеза витпмина С и т.д.
III. Полисахариды. К р а х м а л- это важнейший запасной углевод растений. Молекулярный вес крахмала около 5 000. Эмпирическая формула (С6Н10О5)n. Крахмал встречается в протоплазме в виде отдельных зерен, которые нарастворимы в холодной воде, но при нагревании они поглощают воду, набухают и в дальнейшем переходят в коллоидалое состояние, образуя так называемый крахмальный клейстер.
В состав крахмала входят два вещества: амилоза и амилопектин.
Из овощей особенно богаты крахмалом корнеплоды. В картофеле- 16-17%. В прочих овощах крахмала значительно меньше, например,в моркови около 1%, а в томатах –менее 0,5%. Что касается плодов, то в начале их развития и роста в них накапливается значительное количество крахмала, которое достигает иногда 4-6% (у яблок, груш). Но по мере созревания плодов содержание крахмала постепенно уменьшается, а в стадии полной зрелости крахмала в них почти не содержится.
Ц е л л ю л о з а или клетчатка. По химическому составу клктчатка – полисахарид, с такой же эмпирической формулой, как и крахмал. Но внутреннее строение молекулы клетчатки иное, чем у крахмала. Целлюлоза не растворяется в воде и весьма стойка по отношению к слабым кислотам и щелочам, гидролизуется лишь при помощи крепких кислот (серной, соляной) при нагревании. В результате гидролиза клетчатки получается глюкоза.
Овощи плоды содержат сравнительно небольшое количество клетчатки. В большинстве овощей она имеется в среднем от 0,5 до 1,44%, в плодах- от 0,27 до 2,7%, в ягодах от 2 (клюква) до 6; (малина и земляника садовая). Значительный процент клетчатки в ягодах падает на семена.
П е к т и н о в ы е в е щ е с т в а. В плодах и овощах широко распространена особая группа химических веществ, способных образовать, при некоторых условиях, желеобразные растворы- студни. За такую способность они названы пектиновыми веществами (от греческого слова pectys- студень).
По растворимости в воде пектиновые вещества разделяются на две группы: протопектины (нерастворимые) и пектины (растворимые).
Количество пектина, необходимого для образования желе, определяется по его желирующей способности, зависящей от процентного содержания в пектине метеоксильных групп (ОСН3). В пектине смородинового сока количество метоксильных групп составляет в среднем 12,1%, в яблоках -10,23%, в землянике- 9,4%, а в свекле- 6,5-8,5%. Чем выше содержание метоксильных групп в пектинах, тем выше их желирующая способность, тем меньшее количество пектина требуется для образования желе.
Количество добавляемого в желе сахара зависит от наличия пектина и его желирующей силы. При слабожеллирующих пектинах требуется добавление большего количества сахара- 60-63%, тогда как при пектинах с большим содержанием метоксильных групп (11% и выше) достаточно 50% сахара.
Несмотря на ряд положительных и ценных свойств, в некоторых производствах пектин является лишним и осложняющим работу. В виноделии, а также в производстве плодово-ягодных соков и экстрактов пектинсильно затрудняет процессы осветления и фильтрования соков. Значительное содержания пектина в листьях табака оказывает отрицательное влияние на аромат и вкус табака, понижая его качество.
В плодах и овощах пектиновые вещества содержатся в среднем от 0,2 до 2%. В цитрусовых плодах (лимоны, апельсины) пектиновых веществ несколько больше.
Сырьем для получения пектина являются различные отходы: выжимки, получаемые при производстве соков, разные очистки при сушке плодов и варке варенья, садовая падалица, свекольный жом и т.д.
О р г а н и ч е с к и е к и с л о т ы. Во всех плодах и овощах в том или ином количестве находятся органические кислоты. Наиболее распространенные из них яблочная, лимонная, винная. В таких овощах, как щавель, ревень и чпстично картофель и свекла, содержится щавелевая кислота. В некоторых плодах и ягодах есть еще и другие кислоты, например, в землянике и малине- салициловая, в бруснике и клюкве- бензойная.
Д у б и л ь н ы е в е щ е с т в а. К дубильным веществам относится особая группа сложных органических соединений, отличающихся терпким, вяжущим вкусом и легко окисляющихся кислородом воздуха с изменением своего первоначального цвета.
Различают две группы дубильных веществ: 1.гидролизуемые дубильные вещества, распадающие под действием кислот или ферментов на составные части и 2.конденсированные дубильные вещества, не поддающиеся гидролититическому расщеплению.
Дубильные вещества, находящиеся в плодах и овощах, относятся во второй группе.
Дубильные вещества имеют важное значение в виноделии и соковом производстве. Их присутствие в виноградном и плодовых соках улучшает обработку последних о определяет характерные вкусовые качества (терпкость и полноту), требующих для некоторых типов вин. Дубильные вещества обладают способностью давать с белками нерастворимые соединенияю Это свойство используется для осветления вин и соков для полного и быстрого удаления из них мути.
Дубильные вещества в том или ином количестве содержатся почти во всех растениях. Из плодов и яблок наиболее высоким содержанием дубильных веществ отличаются терн (1,24%), кизил (0,6%), смородина черная (0,39%); черника, айва, яблоки и груши содержат около 0,3- 0,35%. В незрелых плодах и ягодах дубильных веществ находится больше, чем в вызревших, почему они и обладают более вяжущим и терпким вкусом.
К р а с я щ и е в е щ е с т ва. Различная окраска того или иного предмета в природе зависит от его способности поглощать световые лучи спектра. Если какое-либо тело поглощает красную часть спектра, то окраска приобретант характер, соответствующий дополнительным цветам- зеленый, синий и т.д. И, наоборот, при поглощении остальных частей, кроме красной чпсти спектра, тело оказывается окрашенным в красный цвет. Тела, не обладающие способностью поглощать лучи видимой части спектра, кажутся бесцветными.
В плодах и овощах находятся различные по своей химической природе красящие вещества (пигменты), обладающие определенно выраженной способностью поглощать те или иные лучи солнечного спектра. К числу таких веществ относятся прежде всего хлорофилл, каротин и группа антоцианов.
Х л о р о ф и л л (зеленый пигмент) по химической природе представляет магний- органическое соединение, выполняющее важнейшую роль катализатора в реакции фотосинтеза органических веществ в растениях. Хлорофилл является зеленым воскообразным веществом, состоящим из смеси двух близких по строению веществ : хлорофилла а С55Н72О5N4Mg и хлорофилла б С55Н70О6N4Mg. Очень много хлорофилла содержится в листьях шпината и крапивы. Извлеченный из листьев хлорофилл применяется в кондитерской промышленности для подкрашивания пищевых продуктов.
К а р о т и н и к с а н т о ф и л (желтые пигменты). Каротин по химическому составу является непредельным углеводородом, химическая формула С40Н56. Ксантофилл (С40Н5602) представляет продукт окисления каротина. Присутствие каротина и ксантофилла в плодах и овощах обусловливает их желтую окраску. Каротин в растении имеет очень важное значение: он служит исходным материалом для образования витамина А; будучи его провитамином, он играет большую роль в питании человека и животных.
А н т о ц и а н ы (синие, фиолетовые, красно-фиолетовые пигменты). Антоцианы являются глюкозидами, т.е. веществами в состав которых, помимо других соединений, входят различные сахара.
В и т а м и н ы. В настоящее время известны следующие витаминв: А, В1, В2, В3, В4, В5, В6, С, Д, Е, К, Н. Из них наиболее важные первые три, а также витамины С, Д. и Е.
По растворимости в воде все витамины разделяются на две группы: 1. воднорастворимые витамины (В1, В2 и С) или гидровитамины и 2. растворимые в жирах витамины (А, Д, Е) или липовитамины.
М и н е р а л ь н ы е в е щ е с т в а .При полном сжигании плодов, овощей и других растительных продуктов все органические вещества (белки, жиры, углеводы) целиком сгорают. Остается только небольшое количество золы, состоящей из минеральных веществ, которые часто называются зольными злементами или просто золой.
Из овощей на первом месте по содержанию общего количества зольных элементов стоят шпинат, щавель, морковь, капуста и томаты; из плодов- кизил, абрикосы, рябина, вишня, персики, сливы; из ягод- земляника, смородина и малина.
В общем количестве минеральных элементов в плодах и овощах больше всего находится калия и кальция. Они составляют больше половины всех зольных элементов плодов, овощей и ягод. Наиболее богаты калием и кальцием из овощей щавель, шпинат, морковь, капуста и томаты, а из плодов и ягод- кизил, абрикосы, рябина, вишня, смородина, земляника и малина. Калорийное значение минеральные элементы не имеют, но в организме человека выполняют очень важную роль.
Для поддержания щелочности крови очень важно, чтобы минеральные соли имели основной, а не кислотный характер. По сравнеию с другими продуктами, плоды и овощи отличаются более высоким содержанием минеральных солей основного характера.
Вопросы:
Какие химические вещества, ввстречающиеся в плодах и овощах, относятся к углеводам?
Значение сахаров в жизнедеятельности растений?
Что такое зольные элементы?
Что является сырьем для получения пектина?
Наиболее распространенные в плодах и овощах органические кислоты?
Какие вещества относятся к группе дубильных?