Организация правильного питания. 
Гидролиз углеводов

1. Пища человека — важнейшая социальная и экономическая проблема общества

1.1 Классификация современных пищевых продуктов

2. Гидролиз углеводов

2.1 Гидролиз крахмала

2.2 Гидролиз сахарозы

2.3 Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов Список использованной литературы

1. Пища человека — важнейшая социальная и экономическая проблема общества

История показывает, что проблема пищи всегда являлась одной из наиболее важных.

В настоящее время мировое производство продуктов питания не удовлетворяет биологическим потребностям населения планеты. Более 60% людей сегодня не получают должного количества пищи, в первую очередь — белка.

Постоянное недоедание приводит к снижению умственных способностей, физическому истощению, резкому снижению общего иммунитета.

Специалисты считают, что ежедневно в мире от голода и недоедания умирает до 35 тыс. человек, наибольший % среди которых приходится на детей в возрасте до 5 лет.

Особенно остро продовольственный кризис наблюдается в развивающихся странах, типичным для которых является низкие запасы продовольствия при быстром росте численности населения.

Однако голод может наступить и в процветающей стране, т.к. покупательная способность людей различна, поэтому при определенных условиях человек может лишиться возможности купить себе необходимое количество пищи. Даже в одной семье распределение пищи может быть неравномерным. В соответствии с традициями, у некоторых народов первым ест мужчина — глава семейства, а другие члены — делят оставшуюся пищу.

Среди основных проблем, стоящих перед человеческим обществом в наше время является:

— обеспечение населения земного шара продуктами питания;

— обеспечение энергией;

— обеспечение сырьем, в том числе водой;

— охрана окружающей среды;

Самой важной и самой сложной является обеспечение продуктами питания.

Состояние питания является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье нации.

Продукты питания должны не только удовлетворять потребностям человека в основных питательных веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные функции.

В настоящее время реально существует две категории продовольственных проблем:

1. Необходимость производить столько продовольствия, сколько требуется, чтобы обеспечить каждого достаточным количеством полноценной пищи;

2. Создание условий, гарантирующих, что каждый действительно получает достаточно пищи.

Первая категория проблем связанна с социальными, политическими и экономическими особенностями конкретной страны и имеет технические решения.

Перспективы увеличения мировых запасов продовольствия имеют следующие направления:

1) повышение эффективности сельского хозяйства для увеличения запасов традиционных продуктов питания (молочных, мясных и др.);

2) уменьшение потерь при технологической переработке и повышение ее эффективности;

3) уменьшение потерь при хранении сырья и готовых продуктов (хранение в регулированной газовой среде, консервирование, хранение при пониженных температурах и т. п.);

4) повышение эффективности использования сырья, в том числе малоценного, создание малои безотходных технологий, позволяющих использовать все полезные свойства сырья;

5) развитие новых путей получения пищевых продуктов (микробный синтез белка, органический синтез и т. п.);

6) сокращение пищевой трофической цепи (от греческого Trophe — питание), т. е. исключение из общего цикла производства отдельных стадий (например: непосредственное потребление в пищу растительных белков взамен животных).

Вторая категория продовольственных проблем является более сложной, но специалисты считают, что выход из мировых продовольственных кризисов заключается именно в справедливом распределении продуктов питания. Это предлагает отправку продовольствия в районы его не хватки, снижение колебаний цен, изменение распределения доходов.

Только реализация этих программ позволит полностью удовлетворить потребность каждого человека в пище.

Увеличивается общая заболеваемость. Среди причин заболеваемости и смертности ведущее место занимают сердечнососудистые и онкологические заболевания, развитие которых в определенной степени связанно с питанием.

Снижается уровень грудного вскармливания, ухудшаются показатели здоровья и антропометрические характеристики детей, подростков, а также состояние здоровья лиц пожилого возраста.

По данным Института питания РАМН выявлены нарушения полноценного питания, обусловлены как недостатком пищевых веществ, так и нарушением пищевого статуса населения России.

Важнейшими нарушениями пищевого статуса является:

1. избыточное потребление животных жиров;

2. дефицит полиненасыщенных жирных кислот;

3. дефицит полноценных (животных) белков;

4. дефицит витаминов (С, В2, В1, А, Е, фолиевой к-ты, в-каротина и др.);

5. дефицит микроэлементов (селена, йода, цинк, фтор);

6. дефицит минеральных веществ (Ca, Fe);

7. дефицит пищевых волокон.

Негативное влияние оказывает потребление некачественных, фальсифицированных и опасных для здоровья человека продуктов.

Организация здорового питания — сложный и многофакторный процесс, который можно реализовать только опираясь на глубокие знания, стройную научную концепцию и продуманную научно — техническую политику.

Создание новых и совершенствование существующих технологий, получение пищевых продуктов требует изучение структуры питания населения России, анализа состояния пищевых и перерабатывающих отраслей АПК, развитие науки в области здорового питания.

Большое место в реализации этих вопросов принадлежит пищевой химии.

1.1 Классификация современных пищевых продуктов

— Традиционные и новые продукты массового назначения

— Функциональные пищевые продукты массового назначения

— Пищевые продукты специального назначения для отдельных групп населения (спец-контингент, контингент работающих в экстремальных условиях и т. д.)

— Продукты питания для детей, беременных женщин, кормящих матерей

— Продукты лечебного питания.

Классификация товаров — это систематизированное их распределение на группы по наиболее общим признакам. В товароведении применяют различные виды классификации: биологическую, производственную, учебную, торговую и др. Наиболее часто пользуются учебной и торговой классификацией.

В основу классификации товаров могут быть положены такие признаки, как происхождение, химический состав, степень обработки сырья, назначение товаров и т. д. Так, в зависимости от происхождения пищевые продукты можно подразделить на продукты животного, растительного и минерального происхождения; по химическому составу — на белковые, жировые, углеводные, минеральные; по степени обработки — на сырые, полуфабрикаты, готовые изделия; по назначению — на пищевые и вкусовые.

По учебной классификации пищевые продукты подразделяют на следующие группы:

— Зерномучные товары (зерно, мука, крупы, крупяные, макаронные и хлебобулочные изделия) характеризуются высоким содержанием углеводов.

— Плодоовощные товары (овощи, плоды, ягоды, грибы и продукты их переработки) обладают низкой энергетической ценностью, но высокими вкусовыми достоинствами и большим содержанием витаминов, Сахаров, пищевых волокон и минеральных веществ.

— Вкусовые товары (чай, кофе, пряности, вкусовые приправы, алкогольные, слабоалкогольные и безалкогольные напитки, табак и табачные изделия) содержат вещества (кофеин, ванилин, эфирные масла, спирт этиловый, никотин), действующие на нервную, пищеварительную и другие системы организма.

— Крахмал, сахар, мед и кондитерские товары (фруктово-ягодные изделия, какао-порошок, шоколад, карамель, конфетные изделия, халва, мучные изделия, восточные сладости) отличаются высоким содержанием углеводов, энергетической ценностью и хорошей усвояемостью, но низкой биологической ценностью.

— Молоко и молочные товары (молоко, сливки, кисломолочные продукты, масло коровье, сыры, молочные консервы) — основные продукты питания, содержащие все необходимые организму человека и наиболее легко усвояемые вещества.

— Яйца и яичные товары (сухой яичный порошок, меланж и др.) также содержат в своем составе все необходимые вещества, благоприятно сбалансированные и легко усвояемые.

— Мясо и мясные товары (мясо всех видов убойных животных, домашней птицы и пернатой дичи, субпродукты, полуфабрикаты, консервы, колбасные изделия, копчености, кулинарные изделия) являются источником полноценных белков, минеральных, экстрактивных и других веществ, обладают высокими вкусовыми достоинствами и высокой питательной ценностью.

— Рыба и рыбные товары (рыба живая, охлажденная, мороженая, соленая, сушеная, вяленая, копченая, икра, рыбные консервы и пресервы, кулинарные изделия и полуфабрикаты, нерыбные морепродукты) — ценные продукты питания, отличающиеся высоким содержанием полноценных белков, разнообразных минеральных веществ, витаминов и др.

Пищевые продукты подразделяются не только на основные группы, но также на виды, а большинство — и на сорта.

Вид продукта определяется происхождением или особенностями приготовления. Сорт товара зависит от его качества в соответствии с требованиями стандарта. Например, кофе в зависимости от происхождения может быть следующих видов: аравийский, колумбийский, бразильский и др., а каждый из этих видов может быть отнесен к высшему или 1-му товарному сорту; колбасы в зависимости от способа термической обработки сырья делят на вареные, полукопченые, копченые, а в зависимости от качества сырья вареные и полукопченые колбасы подразделяются на высший, 1-й, 2-й и 3-й сорта, копченые — только на высший и 1-й товарные сорта.

Кроме товарных сортов существуют хозяйственно-ботанические (для овощей), помологические (для плодов) и ампело-графические (для винограда) сорта.

По торговой классификации пищевые продукты делят на следующие группы: хлебобулочные, кондитерские, рыбные, мясные, молочные, плодоовощные, винно-водочные, табачные. Кроме того, среди пищевых продуктов условно выделяют гастрономические и бакалейные товары.

Гастрономические товары употребляют в пищу без предварительной кулинарной обработки. К ним относятся: мясные продукты (колбасы, мясокопчености, мясные кулинарные изделия, мясные консервы); рыбные (рыба копченая, балычные изделия, ценная соленая рыба, рыбные кулинарные изделия, икра, консервы, пресервы); молочные (молоко фасованное, сливки, молочные консервы, кисломолочные продукты, масло сливочное и топленое, сыры); алкогольные и безалкогольные напитки.

Бакалейные товары — крупа, мука, макаронные изделия, сахар, крахмал, пищевые концентраты, дрожжи, чай и чайные напитки, кофе и кофейные напитки, масла растительные, соль, уксус, пряности.

Классификация представляет собой процесс распределения множества понятий (свойств, предметов) на категории или ступени в зависимости от общих признаков. Или это — деление множества объектов на подмножества по сходству или различию в соответствии с принятыми методами.

Объект классификации — элемент классифицируемого множества. В товароведении таким элементом выступает товар. Из множества всех товаров по признаку назначения для индивидуальных потребителей выделяются потребительские товары, а для производителей продукциитовары промышленного назначения и товары для управленческой деятельности (оргтехника).

Признаки классификации — свойства или характеристика, по которому производится классификация.

Признаки классификации подразделяются на:

1) телеологические, (назначение, применение);

2) генетические, (исходные материалы, сырье, основные компоненты химического состава);

3) технологический, (конструкция, рецептура, процессу производства, способы отделки или оформления). Примером телеологического признака может служить классификация непродовольственных товаров на одежно-обувные, культурно — бытовые и хозяйственные товары. Поэтому же выделены такие группы продовольственных товаров, как вспомогательные товары и продукты детского питания. Генетические признаки положены в основу классификации вкусовых товаров на алкогольные, безалкогольные, слабоалкогольные; тканей — на льняные, х/б, шерстяные и синтетические. По технологическому признаку чай подразделяется на зеленый, желтый, красный, черный; крупы — на полированные или шлифованные и т. д.

Значение классификации:

1) необходима в целях автоматизации и обработки информации;

2) необходима для изучения потребительских свойств товара, его качества, учета и планирования товарооборота;

3) требуется при сертификации продукции;

4) позволяет рационально организовать приёмку товара, хранение, контроль качества;

5) позволяет изучать в обобщенном виде огромные количества разных товаров и рационально организовать ими торговлю

2. Гидролиз углеводов Во многих пищевых производствах имеет место гидролиз пищевых гликозидов, олигосахаридов и полисахаридов. Гидролиз зависит от многих факторов: рН, температуры, аномерной конфигурации, комплекса ферментов. Он важен не только для процессов получения пищевых продуктов, но также и для процессов их хранения. В последнем случае реакции гидролиза могут приводить к нежелательным изменениям цвета или, в случае полисахаридов, могут приводить к неспособности их образовывать гели.

Большое внимание сейчас уделяется получению различных зерновых сахарных сиропов из дешевого крахмалсодержащего сырья и крахмала (рожь, кукуруза, сорго и др.). Их получение сводится к использованию разных комбинаций амилолитических ферментных препаратов (б-амилазы, глюкоамилазы, в-амилазы). Возможности ферментативного способа получения разных сахаристых продуктов видны на диаграммах (см. рис. 1.1). Получение глюкозы (с помощью глюкоамилазы), а затем действие глюкозоизомеразы дает возможность получения глюкозофруктозных и высокофруктозных сиропов, применение которых позволяет заменять во многих производствах сахарозу. В табл. 1.1. представлены данные по «сладости» различных сиропов.

Известно, что б-D-(1,4)-связи в крахмале легче гидролизуются, чем в-D-(1,4)-связи в целлюлозе. Кроме того, медленная реакция гидролиза целлюлозы связана с ее строением.

Рис. 1.1. Возможность получения различных сахарных сиропов из кукурузного крахмала (кислотный, кислотно-ферментативный и ферментативный способы) [Reed, 1966]: а-б — кислотный гидролиз; в-г — действие грибной амилазы на кислотный гидролизат (ГЭ = 50); д-е — действие в-амилазы на кислотный гидролизат (ГЭ = 20); ж-з — действие в-амилазы на разжиженный а-амилазой (ГЭ =20) субстрат; и-к — дальнейшее действие грибной амилазы или в смеси с в-амилазой и глюкоамилазой При получении сахарных сиропов из крахмала степень конверсии крахмала в D-глюкозу измеряют в единицах глюкозного эквивалента (ГЭ) — это содержание (в %) образующихся редуцирующих сахаров, выраженное в глюкозе на сухие вещества (СВ) сиропа.

Таблица 1.1. Состав и сладость типичных высокофруктозных сиропов

2.1 Гидролиз крахмала

1. При гидролизе крахмала под действием кислот сначала имеет место ослабление и разрыв ассоциативных связей между макромолекулами амилозы и амилопектина. Это сопровождается нарушением структуры крахмальных зерен и образованием гомогенной массы. Далее идет разрыв б-D-(l, 4) — и б-D-(1,6)-связей с присоединением по месту разрыва молекулы воды. В процессе гидролиза нарастает число свободных альдегидных групп, уменьшается степень полимеризации. По мере гидролиза и нарастания редуцирующих (восстанавливающих) веществ содержание декстринов уменьшается, глюкозы — увеличивается, концентрация мальтозы, трии тетрасахаров сначала увеличивается, затем их количество снижается (см. рис. 1.2). Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. На промежуточных стадиях образуются декстрины, трии тетрасахара, мальтоза. Определенному значению глюкозного эквивалента соответствует определенное соотношение этих продуктов, и, варьируя длительностью гидролиза и условиями его проведения, можно получать различные соотношения отдельных продуктов гидролиза при той или иной величине глюкозного эквивалента.

Рис. 1.2. Изменение содержания сахаров при кислотном гидролизе крахмала Кислотный гидролиз долгое время был главным при получении глюкозы из крахмала. Этот способ имеет ряд существенных недостатков, которые связаны с использованием высоких концентраций кислот и высокой температуры, что приводит к образованию продуктов термической деградации и дегидратации углеводов и реакции трансгликозилирования.

2. Крахмал гидролизуется также и под действием амилолитических ферментов. К группе амилолитических ферментов относятся би в-амилаза, глюкоамилаза, пуллуланаза и некоторые другие ферменты. Амилазы бывают двух типов: эндои экзоамилазы. Четко выраженной эндоамилазой является б-амилаза, способная к разрыву внутримолекулярных связей в высокополимерных цепях субстрата. Глюкоамилаза и в-амилаза являются экзоамилазами, т. е. ферментами, атакующими субстрат с нередуцирующего конца.

б-Амилаза, действуя на целое крахмальное зерно, атакует его, разрыхляя поверхность и образуя каналы и бороздки, то есть как бы раскалывает зерно на части (см. рис. 1.3). Клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образованием не окрашиваемых иодом продуктов — в основном низкомолекулярных декстринов. Процесс гидролиза крахмала многостадийный. В результате воздействия б-амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем появляются неокрашиваемые иодом тетраи тримальтоза, которые очень медленно гидролизуются б-амилазой до дии моносахаридов.

Рис. 1.3. Гидролиз крахмала а-амилазой Схему гидролиза крахмала (гликогена) а-амилазой можно представить так:

в-Амилаза (б-1,4-глюканмальтогидролаза) является экзоамилазой, проявляющей сродство к предпоследней б-(1,4)-связи с нередуцирующего конца линейного участка амилозы или амилопектина (см. рис. 1.4). В отличие от б-амилазы, в-амилаза практически не гидролизует нативный крахмал; клейстеризованный крахмал гидролизуется до мальтозы в в-конфигурации. Схему можно записать следующим образом:

пища гидролиз крахмал полисахарид Рис. 1.4. Действие в-амилазы на крахмал Глюкоамилаза б-(1,4)-глюканглюкогидролаза является экзоферментом, катализирующим последовательно отщепление концевых остатков б-D-глюкозы с нередуцирующего конца крахмальной цепи. Многие глюкоамилазы обладают способностью так же быстро, как и б-1,4-связь, гидролизовать б-1,6-глюкозидные связи. Но это происходит только в том случае, когда за б-1,6-связью следует б-1,4-связь, поэтому декстран ими не гидролизуется. Отличительной особенностью глюкоамилаз является способность в десятки раз быстрее гидролизовать высокополимеризованный субстрат, чем олигои дисахариды.

Рис. 1.5. Действие глюкоамилазы на крахмал Схематически механизм действия глюкоамилазы на крахмал представлен на рис. 1.5.

Ферментативный гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях как один из необходимых процессов, обеспечивающих качество конечного продукта — в хлебопечении (процесс тестоприготовления и выпечки хлеба), производстве пива (получение пивного сусла, сушка солода), кваса (получение квасных хлебцев), спирта (подготовка сырья для брожения), различных сахаристых крахмалопродуктов (глюкозы, патоки, сахарных сиропов). На рис. 1.6 представлен состав различных сахарных сиропов, полученных кислотно-ферментативным способом — предварительная обработка кислотой, а затем действием ферментов б-, ви (или) глюкоамилазы. Использование такого комбинированного способа гидролиза крахмала открывает широкие возможности для получения сиропов заданного состава.

2.2 Гидролиз сахарозы

Поскольку сахароза как сырье используется во многих производствах, необходимо учитывать ее исключительную способность к гидролизу. Это может иметь место при нагревании в присутствии небольшого количества пищевых кислот. Образующиеся при этом редуцирующие сахара (глюкоза, фруктоза) могут участвовать в реакциях дегидратации, карамелизации и меланоидинообразования, образуя окрашенные и ароматические вещества. В ряде случаев это может быть нежелательно. Ферментативный гидролиз сахарозы под действием в-фруктофуранозидазы (сахаразы, инвертазы) играет положительную роль в ряде пищевых технологий. При действии в-фруктофуранозидазы на сахарозу образуются глюкоза и фруктоза. Благодаря этому в кондитерских изделиях (в частности, в помадных конфетах) добавление в-фруктофуранозидазы предупреждает черствение конфет, в хлебопекарных изделиях — способствует улучшению аромата. Инверсия сахарозы под действием в-фруктофуранозидазы имеет место на начальной стадии производства виноградных вин. Инвертные сиропы, полученные действием в-фруктофуранозидазы на сахарозу, используются при производстве безалкогольных напитков.

Рис. 1.6. Состав различных сахарных сиропов из кукурузного крахмала (кислотно-ферментативный способ) [Reed, 1966]

2.3 Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов

Этот гидролиз имеет место под действием ферментов целлюлолитического, гемицеллюлазного и пектолитического комплекса. Используется в пищевой технологии для более полной переработки сырья и улучшения качества продукции. Например, гидролиз некрахмалистых полисахаридов (пентозанов и др.) при солодоращении имеет значение в последующем для образования окрашенных и ароматических продуктов (при сушке солода и создании определенных органолептических свойств пива). В производстве соков и в виноделии — для осветления, увеличения выхода сока, улучшения условий фильтрации.

Гидролиз целлюлозы происходит под действием комплекса целлюлолитических ферментов. По современным представлениям гидролиз целлюлозы под действием ферментов целлюлолитического комплекса можно представить следующим образом:

Гемицеллюлозы вместе с пектиновыми веществами образуют основное вещество клеточных оболочек растений. Гидролиз гемицеллюлоз имеет место под действием обширного комплекса гемицеллюлазных ферментов. Эта группа полисахаридов, разнородная по строению, молекулярной массе и составу, при гидролизе дает довольно разнообразный набор соединений: глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу, глюкуроновую и галактуроновую кислоты.

Гидролиз пектиновых веществ имеет место под действием пектолитических ферментов.

Пектинэстераза гидролизует сложные эфирные связи в пектиновой кислоте и пектине и отщепляет метиловый спирт. Механизм действия пектинэстеразы можно представить следующим образом:

Полигалактуроназа осуществляет гидролитическое расщепление б-1,4-гликозидных связей в цепи пектиновых веществ и по своему действию на пектиновые вещества разделяется на эндои экзоферменты.

Протопектиназа — это фермент, действующий на протопектин. Однако вопрос о существовании протопектиназы до последнего времени остается спорным, хотя нельзя отрицать, что при воздействии комплекса пектолитических ферментов на срединные пластинки растительной ткани резко снижается вязкость раствора, уменьшается молекулярная масса пектина без нарастания отщепленных редуцирующих групп. С пектиновыми веществами происходят какие-то превращения, существенно отличающиеся от тех, которые возникают при воздействии известных пектолитических ферментов.

1. Пищевая химия. А. П. Нечаев, Светлана Евгеньевна Траубенберг, А. А. Кочеткова СПб.: ГИОРД, 2003. — 640 с.

2. Химия пищи. Рогов И. А. и др. — М.: КолосС, 2007. — 853 с.