Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Самарская государственная сельскохозяйственная академия»
М. В. Чугунова
ПИЩЕВАЯ ХИМИЯ
Курс лекций
Кинель 2015
Стр.1
УДК 664 : 577.1(075)
ББК 36-1 Я 7
Ч-83
Рецензенты:
д-р с.-х. наук, проф., зав. кафедрой «Технология производства
и экспертиза продуктов из растительного сырья»
ФГБОУ ВПО Самарской ГСХА
М. И. Дулов;
д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой «Общая и неорганическая химия»
ФГБОУ ВПО СГТУ
И. К. Гаркушин
Чугунова, М. В.
Ч-83 Пищевая химия : курс лекций. – Кинель : РИЦ СГСХА,
2015. – 96 с.
ISBN 978-5-88575-375-3
Курс лекций содержит сведения о химическом составе пищевых
систем, его полноценности и безопасности; основных превращениях
макро- и микронутриентов в технологическом потоке,
фракционировании и модификации компонентов продуктов. Рассматриваются
основы рационально питания.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению
подготовки 110900 «Технология производства и переработка сельскохозяйственной
продукции», специалистов, работающих в системе
пищевых и перерабатывающих отраслей агропромышленного
комплекса.
УДК 664 : 577.1(075)
ББК 36-1 Я 7
ISBN 978-5-88575-375-3
© Чугунова М. В., 2015
© ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА, 2015
2
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ
Среди основных проблем, стоящих перед человеческим обществом,
важнейшей является обеспечение населения продуктами
питания. Ингредиенты 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.
Пищевая химия опирается на положения науки о питании и
принципы рационального питания, изучает основные биохимические
процессы при пищеварении, роль отдельных нутриентов в
организме человека.
В основе производства пищевых продуктов лежат превращения
основных компонентов пищи – воды, белковых веществ, липидов,
углеводов, солей и витаминов. В связи с этим в курсе «Пищевая
химия» значительное место отведено изучению и рассмотрению
химической природы, пищевой ценности и изменению
компонентов пищи в процессе хранения и переработки.
Цель данного издания – ознакомить студентов с теоретическими
основами химии сырья и продуктов питания. Данное пособие
предусматривает применение и закрепление ранее полученных
знаний и формирование у студентов базовых знаний по дисциплине
«Пищевая химия». Курс лекций также знакомит с теориями
питания и принципами рационального питания, включает изучение
биохимии пищеварения в организме человека.
Содержание данного издания соответствует рабочей программе
по направлению подготовки 110900 «Технология производства
и переработка сельскохозяйственной продукции».
В процессе изучения данного учебного издания, учащийся
получит следующие профессиональные компетенции:
– готовность оценивать качество сельскохозяйственной продукции
с учетом биохимических показателей и определять способ ее
хранения и переработки;
– готовность оценивать качество и безопасность сельскохозяйственного
сырья и продуктов его переработки в соответствии с
требованиями государственных стандартов.
3
Стр.3
ЛЕКЦИЯ 1. Введение в химию пищевых
продуктов и питание человека. Предмет и задачи курса.
Основы рационального питания человека
1.1. Химия пищеварения. Предмет и задачи курса
Среди основных проблем, стоящих перед обществом в наше
время, является обеспечение населения земного шара продуктами
питания, так как от состава и качества продуктов питания, зависит
обеспеченность нашего организма пластическим материалом и
энергией, работоспособность, здоровье, способность человека к
воспроизводству. Одной из важнейших причин ухудшения показателей
здоровья населения во всём мире на сегодняшний день является
неудовлетворительное, неполноценное питание, что определяется
рядом факторов:
– избыточным потреблением животных жиров;
– дефицитом полиненасыщенных жирных кислот;
– дефицитом полноценных (животных) белков;
– дефицитом витаминов (аскорбиновой кислоты, рибофлавина
), тиамина (В1
(В2
токоферола и других);
– дефицитом минеральных веществ (кальция, железа);
– дефицитом микроэлементов (селена, цинка, йода, фтора);
– дефицитом пищевых волокон.
Таким образом, организация здорового питания населения –
сложный и многофакторный процесс, зависящий от экологической
обстановки, обеспеченности населения, достижений медицины,
фундаментальных наук (физика, химия, микробиология), новых
технологических возможностей, которые появились у производителей
продуктов питания. Все это требует коренного совершенствования
технологии получения традиционных продуктов, создания
нового поколения пищевых продуктов. Эти направления в
значительной степени охватываются областью науки – пищевая
химия.
Пищевая химия – один из разделов химической науки, её основной
предмет – это область питания человека. Пищевая химия
занимается вопросами химического состава пищевых продуктов,
преобразований нутриентов в технологическом потоке и в нашем
4
), фолиевой кислоты, ретинола (А) и (в-каротина,
Стр.4
организме, разработкой новых методов анализа и системы управления
качеством.
Продукты питания должны удовлетворять потребности человека
в пищевых веществах и энергии, а также выполнять профилактические
и лечебные функции. На решение этих задач направлена
концепция государственной политики в области здорового
питания населения нашей республики. Работа в данной области
предусматривает использование специальной терминологии, установленной
экспертами Международной организации по стандартизации
– ISO (ИСО).
Совокупность процессов, связанных с потреблением и усвоением
в организме веществ, входящих в состав пищи, называется
пищеварением. Питание включает последовательные процессы
поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме
пищевых веществ, необходимых для покрытия энергозатрат, построения
и возобновления клеток и тканей тела человека, а также
необходимых для регулирования функций организма.
Пищевые продукты в организме человека выполняют три основные
функции:
– снабжение материалом для построения тканей человека;
– обеспечение энергией, необходимой для поддержания жизнедеятельности
и совершения работы;
– обеспечение веществами, играющими важную роль в регулировании
обмена веществ в организме человека.
Продукты, употребляемые человеком в пищу в натуральном
или переработанном виде, представляют собой сложные системы с
единой внутренней структурой и общими физико-химическими
свойствами. Пищевые продукты имеют разнообразную химическую
природу и химический состав.
Пищеварение является начальным этапом ассимиляции пищевых
веществ. В процессе пищеварения пищевые вещества сложного
химического состава расщепляются на простые растворимые
соединения, способные легко всасываться и усваиваться организмом
человека.
Пищеварительный аппарат человека включает пищеварительный
канал или желудочно-кишечный тракт. В состав желудочнокишечного
тракта входят:
– ротовая полость;
– пищевод, желудок;
5
Стр.5
– двенадцатиперстная кишка;
– тонкий кишечник, толстый кишечник;
– прямая кишка;
– основные железы – слюнные железы, печень, желчный пузырь,
поджелудочная железа.
Превращение пищевых веществ в процессе пищеварения
осуществляется в три этапа.
Полостное пищеварение. Процесс пищеварения происходит в
пищевых полостях – ротовой, желудочной, кишечной. Эти полости
удалены от секреторных клеток (слюнные железы, желудочные
железы). Полостное пищеварение обеспечивает интенсивное
начальное пищеварение.
Мембранное пищеварение. Осуществляется с помощью ферментов,
сосредоточенных на микроворсинках, расположенных по
стенкам тонкого кишечника. Мембранное пищеварение осуществляет
гидролиз пищевых веществ.
Всасывание. Простые растворимые вещества, которые образуются
в процессе пищеварения, всасываются через стенки тонкого
и толстого кишечника в кровь и переносятся по организму человека.
Каждый
компонент пищи имеет свою схему процесса переваривания
и усвоения.
Усвоение углеводов. Из полисахаридов переваривается крахмал,
содержащийся в растительной пище и гликоген, содержащийся
в пище животного происхождения. Переваривание крахмала и
гликогена проходит поэтапно:
КРАХМАЛ (ГЛИКОГЕН) → ДЕКСТРИНЫ → МАЛЬТОЗА
→ ГЛЮКОЗА → В КРОВЬ → В ПЕЧЕНЬ
Гидролиз крахмала и гликогена начинается в ротовой полости
при действии ферментов амилаз, находящихся в слюне. Затем гидролиз
продолжается в желудке и двенадцатиперстной кишке.
Крахмал и гликоген постепенно расщепляются на декстрины,
мальтозу, глюкозу. Гидролиз пищевых дисахаридов катализируют
ферменты, находящиеся в наружном слое эпителия тонкого кишечника.
Сахароза под действием фермента сахаразы (инвертазы)
расщепляется до глюкозы и фруктозы, лактоза под действием
фермента лактазы (β-галактозидазы) расщепляется до галактозы и
глюкозы, мальтоза под действием фермента мальтазы расщепляется
до двух молекул глюкозы. Моносахариды или простые гексозы
6
Стр.6
всасываются эпителиальными клетками кишечника в кровь и доставляются
в печень.
Усвоение белков. Белки пищи расщепляются протеолитическими
ферментами до аминокислот, процесс происходит в желудке,
двенадцатипертсной кишке, тонком кишечнике поэтапно:
БЕЛКИ → ПОЛИПЕПТИДЫ → ПЕПТИДЫ → АМИНОКИСЛОТЫ
→ В КРОВЬ → В ПЕЧЕНЬ
В желудке переваривание белков проходит в кислой среде, в
двенадцатиперстной кишке и кишечнике в слабощелочной среде.
В процессе расщепления белков участвуют различные протеолитические
ферменты: пепсин, трипсин, аминопептидаза, карбоксипептидаза
и другие.
Усвоение липидов. Процесс осуществляется в тонком кишечнике.
Фермент липаза выделяется поджелудочной железой. При
гидролизе липидов, под воздействием фермента липазы, образуются
свободные жирные кислоты, глицерин, фосфорная кислота,
холин. Эти компоненты эмульгируются желчными кислотами, затем
всасываются в лимфу, а из нее поступают в кровь.
ЛИПИДЫ → ГЛИЦЕРИН + ФОСФОРНАЯ КИЛОТА +
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ → ЛИМФА → КРОВЬ
1.2. Теории питания
Теория рационального питания базируется на трех основных
принципах.
1) Баланс энергии. Энергия, ежедневно поступающая с пищей,
должна соответствовать энергии, расходуемой человеком в процессе
жизнедеятельности.
2) Удовлетворение потребностей организма в оптимальном количестве
и соотношении пищевых веществ.
3) Режим питания. Соблюдение определенного времени и числа
приемов пищи, рациональное распределение пищи при каждом
приеме.
Баланс энергии. Энергия, которой обеспечивается организм
при потреблении и усвоении питательных веществ, расходуется на
осуществление трех главных функций, связанных с жизнедеятельностью
организма человека. Сюда включены: основной обмен, переваривание
пищи, мышечная деятельность.
7
Стр.7
Основной обмен – это минимальное количество энергии необходимое
человеку для поддержания жизни в состоянии покоя
(во время сна). Для мужчин эта энергия составляет 1600 ккал, для
женщин – 1200 Ккал. Переваривание пищи связано со специфическим
динамическим действием пищи в отсутствии мышечной активности.
Основной обмен у человека за счет специфического динамического
действия пищи увеличивается на 10-15%, что соответствует
140-160 ккал в сутки.
Мышечная деятельность определяется активностью образа
жизни человека, характером работы человека. На мышечную деятельность
расходуется 1000-2500 ккал.
На выполнение всех функций организма суммарно человек
затрачивает 2200-2400 ккал для женщин и 2550-2800 ккал для
мужчин. При выполнении больших физических нагрузок (занятия
спортом, труд шахтеров, строителей и т.д.) энергетические затраты
человека увеличиваются до 3500-4000 ккал. В случае положительного
баланса энергии в течение длительного времени, избыток поступающей
энергии аккумулируется в виде жира в жировой ткани,
что приводит к избыточной массе тела.
Удовлетворение потребностей организма в оптимальном количестве
и соотношении пищевых веществ. В состав полноценного
пищевого рациона должны входить питательные вещества пяти
классов: белки (в том числе незаменимые аминокислоты), липиды
(в том числе незаменимые жирные кислоты), углеводы (в том числе
пищевые волокна), витамины, минеральные вещества.
Суточная потребность организма человека в углеводах составляет
400-500 г, на долю сахарозы приходится 10-20% от общего
количества углеводов. Углеводы являются основным источником
энергии для человека. Пищевые волокна – клетчатка, пектин,
гемицеллюлозы стабилизируют деятельность пищеварительного
тракта. Клетчатка и гемицеллюлозы очищают кишечник, а пектин
связывает и выводит из организма вредные вещества. Суточная
потребность в пищевых волокнах составляет 25 г, в пектине – 5 г.
Суточная потребность организма человека в липидах составляет
102 г, в том числе растительные 72 г. Липиды являются основным
источником энергии, участвуют в синтезе холестерина,
других стероидов. Оптимальным является соотношение растительного
и животного жира 7:3. При этом обеспечивается
сбалансированное поступление различных жирных кислот: 30%
8
Стр.8
насыщенных, 60% мононенасыщенных, 10% полиненасыщенных
жирных кислот. Суточная потребность в незаменимых жирных
кислотах (линолевой кислоты, линоленовой кислоты) составляет
3-6 г.
Физиологически ценными являются фосфолипиды, которые
необходимы для обновления клеток и внутриклеточных структур.
Суточная потребность в фосфолипидах составляет 5 г.
Суточная потребность организма человека в белках составляет
85 г, в том числе белков животного происхождения 50 г. Белки,
поступающие с пищей, выполняют функции строительного материала,
для синтеза и обновления белков, обеспечивают гормональный
обмен, являются источником энергии. Для нормального питания
количество незаменимых аминокислот в пищевом рационе
должно составлять 36-40%, что обеспечивается соотношением в
продуктах питания белков растительных и животных 45:55%.
Витамины и витаминоподобные вещества участвуют в метаболизме
веществ в организме человека, входят в состав коферментов
и ферментов, влияют на процессы обмена веществ в организме
человека. Потребность человека в витаминах должна удовлетворяться
за счет потребления натуральных продуктов. Суточная потребность
в витаминах приведена в таблице 1.
Минеральные вещества необходимы для нормального питания,
они выполняют различные функции: входят в структурные
компоненты костей, являются электролитами при поддержании
водно-солевого состава крови и тканей, являются простетическими
группами в составе различных ферментов, влияют на процессы
обмена веществ в организме человека. Суточное содержание в
пищевом рационе минеральных веществ, представлено в таблице
1. Оптимальное соотношение основных макроэлементов – кальция,
фосфора, магния должно составлять 1:1,5:0,5 или в граммах
800:1200:400. Очень важно с пищей обеспечить поступление в организм
необходимых пищевых веществ в оптимальном количестве
и в нужное время. Потребность в различных пищевых веществах и
энергии зависит от пола, возраста, характера трудовой деятельности
человека, климатических условий и ряда других факторов.
Режим питания базируется на четырех правилах: регулярность
питания; дробность питания; рациональный подбор продуктов;
оптимальное распределение пище в течение дня. Регулярность
питания связана с соблюдением времени приема пищи. У человека
9
Стр.9
формируется рефлекс выделения пищеварительного сока, что
обеспечивает нормальное переваривание и усвоение пищи.
Дробность питания должна составлять 3-4 приема в сутки.
При трехразовом приеме завтрак должен составлять 30% пищевого
рациона, обед – 45-50%, а ужин – 20-25%. Ужин не должен превышать
трети дневного рациона. Рациональный подбор продуктов
при каждом приеме пищи должен обеспечить оптимальные условия
для усвоения пищи. Белки животного происхождения рекомендуется
употреблять в первой половине дня, молочную и растительную
пищу – во второй. Оптимальное распределение пищи в
течение дня обеспечивает равномерную нагрузку на пищеварительную
систему.
Таблица 1
Нормы потребления пищевых веществ и энергии
Пищевое вещество
Вода, г
Белки, г
в том числе животные
Незаменимые аминокислоты, г
Усвояемые углеводы, г
В том числе моно- и дисахариды
Липиды, г
в том числе растительные
Незаменимые жирные кислоты, г
Фосфолипиды, г
Растительные липиды, г
Пищевые волокна, г
в том числе пектин, г
Энергетическая ценность, ккал
85
50
30
400-500
50-100
102
72
3-6
5
20-25
25
5
3000
Таблица 2
Рекомендуемые размеры ежедневного потребления пищевых
продуктов
Пищевые продукты
1
Хлеб и хлебопродукты в пересчете на муку
Картофель
Овощи и бахчевые
Фрукты и ягоды
Сахар
Мясо и мясопродукты
Рыба и рыбопродукты
10
г/день
2
279
310
381
194
112
232
65
Суточная потребность
1750-2200
Стр.10