Основы пищевой химии кратко
Обновлено: 05.07.2024
Пищевая химия — раздел экспериментальной химии, занимающийся созданием качественных продуктов питания и методов анализа в химии пищевых производств.
Химия пищевых добавок контролирует ввод их в продукты питания для улучшения технологии производства, а также структуры и органолептических свойств продукта, увеличения его сроков хранения, повышения биологической ценности. К числу таких добавок принадлежат:
Создание искусственной пищи также является предмет пищевой химии. Это продукты, которые получают из белков, аминокислот, липидов и углеводов, предварительно выделенных из природного сырья или полученных направленным синтезом из минерального сырья. К ним добавляют пищевые добавки, а также витамины, минеральные кислоты, микроэлементы и прочие вещества, которые придают продукту не только питательность, но так же цвет, запах и необходимую структуру. В качестве природного сырья используют вторичное сырье мясной и молочной промышленности, семена, зеленую массу растений, гидробионты, биомассу микроорганизмов, например, дрожжей. Из них методами химии выделяют высокомолекулярные вещества (белки, полисахариды) и низкомолекулярные (липиды, сахара, аминокислоты и другие). Низкомолекулярные пищевые вещества получают также микробиологическим синтезом из сахарозы, уксусной кислоты, метанола, углеводородов, ферментативным синтезом из предшественников и органическим синтезом (включая асимметрический синтез для оптически активных соединений). Различают синтетическую пищу, получаемую из синтезируемых веществ, например, диеты для лечебного питания, комбинированные продукты из натуральных продуктов с искусственными пищевыми добавками, например, колбасно-сосисочные изделия, фарш, паштеты, и аналоги пищевых продуктов, имитирующие какие-либо натуральные продукты, например, черную икру.
Пищевая химия одна из ведущих дисциплин в общенаучных знаниях человека о питании. В ее задачу входит изучение химического и компонентного состава сырья, полуфабрикатов и готовых пищевых продуктов. Она исследует закономерности химических превращений при хранении и переработке пищевого сырья, необходима при разработке принципов питания, обеспечивающих здоровое развитие человека. Объектами изучения пищевой химии являются также новые сырьевые источники, конструирование новых продуктов питания и создание более совершенных технологий пищевых производств.
Продукты детского питания – предназначенные для питания детей в возрасте до 14 лет и отвечающие физиологическим потребностям детского организма пищевые продукты.
Продукты диетического питания – предназначенные для лечебного и профилактического питания пищевые продукты.
Для производства пищевых продуктов используется продовольственное сырье – это сырье растительного, животного, микробиологического, минерального и искусственного происхождения и вода, используемые для изготовления продуктов.
Пищевые продукты подразделяют на:
1. Пищевые продукты массового потребления. Вырабатываются по традиционным технологиям и предназначены для основной группы населения.
2. Продукты диетического и лечебно-профилактического питания (витаминизированные, с низким содержанием жира, низкокалорийные, с повышенным содержанием пищевых волокон, с пониженным содержанием сахара, холестерина, ионов натрия).
3. Продукты детского питания. К продуктам детского питания предъявляют особые требования по пищевой ценности и безопасности. Для их изготовления используется высококачественное сырье, специальные технологии и рецептуры.
Мировая продовольственная проблема в наиболее общем виде заключается в неспособности человечества до настоящего времени полностью обеспечить себя жизненно важными продуктами питания в соответствии с физиологическими нормами, несмотря на то, что природные ресурсы планеты в сочетании с современным экономическим и научно-техническим потенциалом мирового сообщества позволяют это сделать.
Данная проблема выступает на практике как проблема абсолютной нехватки продовольствия (недоедания и голода), а также несбалансированности питания в различных странах мира.
За последние 50 лет, в производстве продовольствия достигнут существенный прогресс - численность недоедающих и голодающих сократилась почти вдвое. В то же время немалая часть населения планеты до сих нор ощущает дефицит продуктов питания. Численность нуждающихся в них превышает 850 млн. человек, т.е. абсолютную нехватку продовольствия (по калориям) испытывает каждый седьмой.
Уровень развития и объемы сельскохозяйственного производства в различных группах стран объясняются, прежде всего, организационными формами хозяйствования (т.е. эффективностью использования ресурсов), материально-технической базой, а также природно-климатическими условиями и наличием земельных ресурсов, пригодных для возделывания различных культур и выращивания скота. Наиболее остро проблема дефицита продовольствия стоит перед беднейшими странами, которые к тому же не в состоянии выделять значительные средства на импорт продуктов питания. В то же время проведение аграрных преобразований в развивающихся странах в сочетании с активизацией государственной поддержки и использованием достижений научно-технического прогресса позволяет предполагать дальнейший подъем сельского хозяйства в указанной группе стран.
На продовольственную ситуацию в мире оказываются влияние следующие факторы:
1) физико-географические условия;
2) размещение населения;
3) развитие мирового транспорта;
4) мировая торговля;
5) демографический рост и др.
В 1963 г. создана Всемирная продовольственная организация – это орган по продовольственной помощи в системе ООН . Это крупнейшая в мире гуманитарная организация , обеспечивающая ежегодно около 4 млн. тонн продуктов питания. Ей поручено оказывать помощь неимущим в развивающихся странах, борясь с голодом и нищетой. Она использует продовольственную помощь в целях содействия экономическому и социальному развитию.
Возможные пути решения продовольственной проблемы:
1. Повышение эффективности сельского хозяйства (расширение посевных площадей, увеличение поголовья скота, рост продуктивности растениеводства и животноводства, внедрение урожайных сортов растений с высоким содержанием некоторых нутриентов, выведение новых пород с/х животных).
2. Снижение потерь при технологической переработке (создание безотходных технологий).
3. Снижение потерь при хранении сырья и готовой продукции.
4. Повышение эффективности использования сырья, создание эффективных технологий.
5. Развитие новых идей получения пищевых продуктов микробиологическим и синтетическим путем (развитие биотехнологии и генной инженерии).
Среди основных проблем, стоящих перед человеческим обществом в наше время, можно выделить несколько главных, превалирующих над всеми другими:
- обеспечение населения земного шара продуктами питания;
- обеспечение энергией;
- обеспечение сырьем, в том числе водой;
- охрана окружающей среды, экологическая и радиационная безопасность жителей планеты, замедление негативных последствий интенсивной производственной деятельности и защита человека от результатов этой негативной деятельности.
Среди них одной из самых важных и сложных является обеспечение населения земного шара продуктами питания. Являясь одним из важнейших факторов окружающей среды, питание с момента рождения до самого последнего дня жизни человека влияет на его организм. Компоненты пищевых веществ, поступая в организм человека с пищей и преобразуясь в ходе метаболизма в результате сложных биохимических превращений в структурные элементы клеток, обеспечивают наш организм пластическим материалом и энергией, создают необходимую физиологическую и умственную работоспособность, определяют здоровье, активность и продолжительность жизни человека, его способность к воспроизводству. Состояние питания поэтому является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье нации и каждого человека в отдельности.
Продукты питания должны не только удовлетворять потребности человека в основных питательных веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные функции.
Издревле приготовление пищи находилось под покровительством греческой богини Кулины, имя которой дало название кулинарии — искусству создания блюд. Союз этого искусства и химии способствовал рождению новой отрасли науки — кулинохимии.
Несомненно, помимо необходимых ингредиентов шеф-повар вкладывает в каждое блюдо и свою душу. При этом неважно, придерживается ли он классических традиций или предпочитает импровизацию. Всё это делает кулинарию особым видом искусства и одновременно сближает с химической наукой.
В 1899 году французский художник Жан Марк Коте выпустил серию открыток, на которых попытался представить жизнь своих соотечественников через сто лет. На одной из иллюстраций он предвосхитил появление современной кухни молекулярной гастрономии и создание искусственной пищи
Итальянская этикетка мясного экстракта Либиха (1900 г.)
Как известно, основными компонентами пищи человека являются белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные вещества. Большинство их претерпевает химические превращения при кулинарной обработке, определяя структуру и вкусовые качества будущего съедобного шедевра.
Учёные по праву считают реакцию Майяра одной из самых интересных и важных в химии пищи и медицине: несмотря на солидный возраст, она хранит ещё немало тайн. Достижениям в изучении реакции Майяра было посвящено несколько международных научных форумов. Последний, одиннадцатый по счёту, состоялся в сентябре 2012 года во Франции.
Строго говоря, реакция Майяра — это не одна, а целый комплекс последовательных и параллельных процессов, происходящих при варке, жарке и выпечке. Каскад превращений начинается конденсацией восстанавливающих сахаров (к ним относятся глюкоза и фруктоза) с соединениями, молекулы которых содержат первичную аминогруппу (аминокислоты, пептиды и белки). Образующиеся продукты реакции претерпевают затем дальнейшие превращения при взаимодействии с другими компонентами пищи, давая смесь разнообразных соединений — ациклических, гетероциклических, полимерных, которые и отвечают за запах, вкус и цвет подвергшихся термической обработке полуфабрикатов. Понятно, что в зависимости от условий протекают разные реакции, приводящие к разным конечным продуктам. В реакции Майяра образуются как интенсивно окрашенные, так и бесцветные продукты, которые могут быть вкусными и ароматными или, напротив, прогорклыми и неприятно пахнущими, быть как антиоксидантами, так и ядами. Таким образом, реакция Майяра может повышать питательную ценность пищи, но может и делать её опасной для употребления.
Любая хозяйка знает, что цвет блюда существенно зависит от того, как оно готовилось, иными словами — от условий проведения реакции Майяра. Например, если грибы обжарить в оливковом масле на открытой сковороде, то они приобретут аппетитный золотистый оттенок. Если же их готовить при помешивании под крышкой, содержащаяся в грибах влага не позволит им подрумяниться.
Восхитительный аромат кофе создаётся букетом более тысячи душистых веществ. Возбуждающее действие этого напитка связано с присутствием кофеина, формула которого изображена на чашке.
Известен любопытный психологический эксперимент, когда стол, уставленный аппетитными закусками, осветили так, что цвета последних изменились до неузнаваемости: мясо приобрело серый оттенок, салат стал фиолетовым, а молоко — фиолетово-красным. Участники эксперимента, только что испытывавшие обильное слюноотделение в предвкушении роскошной трапезы, были не в силах даже попробовать столь необычно окрашенную пищу. Тот же, чьё любопытство пересилило неприязнь и кто всё-таки осмелился отведать угощение, чувствовал себя скверно.
О роли запаха в привлекательности блюда знает каждый, у кого хотя бы однажды закладывало нос: пища в этот момент кажется абсолютно безвкусной. Как правило, за запах того или иного блюда отвечает набор соединений. Так, восхитительный аромат кофе представляет собой букет более тысячи (!) душистых веществ. А запах свежеиспечённого хлеба формируют около двухсот компонентов, относящихся к различным классам органических соединений. Среди них спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры, карбоновые кислоты. Только последних в нём не один десяток: муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валерьяновая, гексановая, октановая, додекановая, бензойная.
Хотя единой теории ароматов до сих пор не создано, химики установили, что даже незначительная модификация структуры молекулы способна иногда существенно изменить запах вещества. Наиболее яркие примеры подобного рода, имеющие отношение к еде, — терпеновый углеводород лимонен и его кислородсодержащее производное карвон. Так, (R)- и (S)-лимонены, различающиеся только пространственным расположением заместителей, имеют апельсиновый и лимонный аромат соответственно. Оптические изомеры карвона также пахнут по-разному: один из них, (S)-карвон, имеет запах тмина и укропа, а его антипод пахнет остролистной мятой. Хотя, конечно, правильнее говорить, что запах всех этих фруктов и растений обусловлен присутствием упомянутых соединений.
Формулы, демонстрирующие зависимость запаха от незначительных изменений в структуре соединения. (R)- и (S)-лимонены имеют соответственно апельсиновый и лимонный аромат. У (R)-карвона — запах остролистной мяты, у (S)-карвона — тмина и укропа.
Методы обработки и консервации продуктов, применяемые в молекулярной гастрономической химии, заметно отличаются от привычных. Одним из впечатляющих результатов синтеза кулинарии и естественных наук стал низкотемпературный способ приготовления мясных блюд. Оказалось, что самое сочное и нежное мясо получается при 55°С. Более высокая температура способствует интенсивному испарению воды и разрушению мясного сока. Знание физико-химических свойств пищевых продуктов позволяет заменять один ингредиент другим. Так, при приготовлении крутого заварного крема вместо куриного белка, который, как известно, является аллергеном, можно с успехом использовать агар-агар. Эта смесь полисахаридов, добываемая из красных и бурых морских водорослей, — эффективный природный пенообразователь.
В 1992 году в Италии прошёл первый Международный семинар по молекулярной и физической гастрономии. С тех пор встречи приверженцев этой науки стали регулярными. На них собираются учёные, диетологи, повара и рестораторы, заинтересованные в использовании новых технологий для достижения баланса вкусов, близкого к идеальному, и создания настоящих кулинарных шедевров.
Не так давно престижные европейские рестораны открыли у себя специальные кулинарные лаборатории. Предполагается, что к 2014 году в Испании распахнёт двери первая в мире Академия гастрономических наук. Однако уже сегодня в некоторых университетах и колледжах мира начали готовить бакалавров кулинологии. Новая дисциплина объединяет кулинарное искусство и науку о продуктах питания и технологии их переработки. Возможно, со временем кулинология выльется в новый раздел органической или пищевой химии.
Несмотря на достаточно активную пиар-кампанию в прессе, идеи молекулярной гастрономии не стали пока модным трендом современной кулинарии: большинство шеф-поваров (не говоря уже о домашних хозяйках) по-прежнему готовят по известным рецептам, передающимся от повара к ученику, не прибегая к помощи химии и физики для улучшения уже существующих фирменных блюд или разработки новых рецептур.
Конечно, вопросов о том, что происходит с питательными веществами при нагревании в кастрюле и на сковородке, пока остаётся много. Понимание этих процессов необходимо не только для традиционной кухни, но и для развития новых технологий приготовления пищи.
Хозяйке — на заметку
пищевая химия это раздел химии, который изучает химические вещества, из которых состоит пища, ее состав, свойства, химические процессы, которые происходят в них, и взаимодействие этих веществ между ними и с другими биологическими компонентами пищи.
Эта дисциплина также включает аспекты, связанные с поведением этих веществ во время хранения, обработки, приготовления пищи и даже во рту и во время пищеварения..
Химия пищевых продуктов является частью более широкой дисциплины, такой как наука о продуктах питания, которая также включает в себя биологию, микробиологию и пищевую инженерию..
В своем наиболее фундаментальном аспекте основная химия пищевых продуктов связана с основными компонентами в них, такими как вода, углеводы, липиды, белки и витамины и минералы..
Химия пищи, как она известна сегодня, является относительно новой дисциплиной, но объем, цели и результаты которой доступны для всех..
- 1 История
- 2 элемента обучения
- 2.1 Дизайн продуктов
- 2.2 Взаимодействие между едой и окружающей средой
- 2.3 Химические добавки
- 2.4 Композиция
история
Наука о еде как научной дисциплине была создана во второй половине XIX века в результате важного развития химии в XVIII и XIX веках..
Лавуазье (1743-1794), французский химик, биолог и экономист, установил основные принципы горения и органического анализа и сделал первые попытки определить элементный состав алкоголя и присутствие органических кислот в различных фруктах..
Шееле (1742-1786), шведский фармацевт, обнаружил глицерин и выделил лимонную и яблочную кислоты из различных фруктов.
Юстус фон Либиг (1801-1873), немецкий химик, разделил продукты на три большие группы (жиры, белки и углеводы) и разработал метод получения экстрактов мяса, который использовался во всем мире до середины 20-го века..
Он также опубликовал во второй половине девятнадцатого века, что, кажется, первая книга по химии пищевых продуктов, Исследования по пищевой химии.
До конца XIX века развитие методов аналитической химии и достижений в области физиологии и питания позволило углубить знания об основных химических компонентах пищевых продуктов..
Другим важным шагом в этом направлении было открытие микроорганизмов и процессов ферментации, проведенных Луи Пастером (1822-1895)..
Расширение, которое характеризовало Промышленную революцию и изменения от сельских к городским обществам, изменило производство продуктов питания и создало проблемы общественного здравоохранения из-за часто несоответствующих гигиенических условий и фальсификации и фальсификации их..
Эта ситуация привела к рождению учреждений с целью контроля состава пищи. Важность, которую эта дисциплина получала, отдавала предпочтение специалистам в области пищевой химии и созданию сельскохозяйственных экспериментальных станций, лабораторий по контролю пищевых продуктов, научно-исследовательских учреждений и созданию научных журналов в области пищевой химии..
В настоящее время глобализация потребления продуктов питания, появление новых видов сырья, новых технологий и новых продуктов питания в сочетании с широким использованием химических продуктов и растущим интересом к взаимосвязи между пищевыми продуктами и здоровьем создают новые проблемы для этой дисциплины..
Элементы обучения
Например, изучение химии химических добавок, используемых в целях консервации, нельзя отделить от изучения микробиологии микроорганизмов, которые могут присутствовать в данном продукте..
Основными элементами, которые в настоящее время являются объектом изучения и исследования в данной дисциплине, являются:
Дизайн еды
На протяжении более трех десятилетий пищевая промышленность прилагает огромные усилия для переизобретения продуктов питания с целью снижения затрат или укрепления здоровья..
Функциональные, пробиотические, пребиотические, трансгенные, органические продукты являются частью этой тенденции.
Взаимодействие между едой и окружающей средой
Они охватывают такие аспекты, как взаимодействие между ингредиентами, из которых состоит пища, между едой и упаковкой или ее устойчивость к температуре, времени или окружающей среде..
Химические добавки
Только в последние годы, по оценкам, в пищу добавляется не менее двух-трех тысяч химических веществ, относящихся к карантину категорий в зависимости от их функции..
Эти добавки могут быть извлечены из природных источников, имеют синтетическое происхождение, чтобы дать вещество с такими же химическими характеристиками, как у натурального продукта, или синтетические соединения, которые не существуют в природе..
Существует широкое поле для изучения соединений, которые улучшают органолептические показатели пищевых продуктов или повышают их пищевую или функциональную ценность..
состав
Совершенствование лабораторных методов и оборудования позволяет углубить знания на молекулярном уровне пищи, лучше установить ее химическую природу и специфические функции участвующих молекул.
Важно указать, что в пище содержится бесчисленное множество токсичных веществ:
- Собственный метаболизм природного животного или растительного источника.
- Продукты разложения под действием физических или химических веществ.
- Из-за действия патогенных микроорганизмов.
- Другие вещества, которые могут присутствовать и быть результатом нежелательного контакта, который загрязнил вас.
приложений
Среди наиболее распространенных примеров пищевой химии в повседневной жизни есть две категории продуктов с высоким спросом на рынке, такие как продукты с низким содержанием жира и сахара..
Первыми являются продукты с использованием различных заменителей, изготовленных из сырья трех групп: углеводов, белков и жиров..
Среди них есть производные белка, приготовленные на основе сыворотки или из яичного белка и обезжиренного молока, полученные из желатина или камеди (гуар, каррагинан, ксантан). Цель состоит в том, чтобы предложить ту же реологию и вкус жиров, но с меньшей калорийностью..
Непитательные подсластители могут быть натуральными или синтетическими с разнообразной структурой. Среди природных есть белки и терпены. Среди синтетических веществ классическим примером является аспартам, вдвое более сладкий, чем сахароза и полученный из аминокислоты..
Читайте также: