Чиркина Т.Ф. (сост.) Методические указания по курсу Пищевая химия
Подождите немного. Документ загружается.
Подписано в печать 28.02.2006.
Формат 60*84 1/16. Усл.п.л. 1,63
Тираж 50 экз. печать операт.
Бумага офсет. Заказ №___________
Издательство ВСГТУ г. Улан-Удэ,
ул Ключевская, 40 в..
Федеральное агентство по образованию
Восточно-Сибирский государственный
технологический университет (ГОУ ВПО «ВСГТУ»)
Кафедра «Биоорганическая и пищевая химия»
Методические указания и контрольные задания
по курсу «Пищевая химия» для студентов заочной
формы обучения по специальностям «Технология хлеба,
кондитерских и макаронных изделий»(260202),
«Технология хранения и переработки зерна» (260201)
Составитель: Чиркина Т.Ф.
Улан-Удэ
Издательство ВСГТУ
2006
УДК 577.1: 641.1 / 3 (075.8)
Методические указания и контрольные задания по курсу
«Пищевые химия» для студентов заочной формы обучения
по специальностям «Технология хлеба, кондитерских и
макаронных изделий» (260202), «Технология хранения и
переработки зерна» (260201)/ Чиркина Т.Ф. Улан-Удэ.: Изд-
во ВСГТУ, 2006.
В методических указаниях и контрольных заданиях
студентам заочной формы обучения рассмотрено краткое
содержание основных тем курса Пищевой химии с
описанием методических подходов к выполнению
контрольного задания. Сформулированы контрольные
вопросы по 50 вариантам.
Ключевые слова: вариант задания, биологическая
ценность, пищевая ценность, эссенциальные факторы
питания, превращения макронутриентов.
I. Назначение курса
Пищевая химия относится к циклу ОПД
(общепрофессиональных дисциплин). Целью курса является
изучение с химических позиций понятия «Качество сырья и
готовой продукции». Курс пищевой химии должен изучаться
после усвоения студентом основных положений
органической и биологической химии, а именно:
знания основных классов органических соединений и их
реакционной способности;
знания функций биополимеров в организме;
знания разницы между физико-химическими и
биохимическими процессами;
представления о промежуточных метаболитах в тканях
организмов и путях их образования;
умения предсказать свойства того или иного химического
соединения в зависимости от его строения.
Усвоив курс пищевой химии студент должен иметь
представление: о химическом составе любого пищевого
сырья в сравнительном аспекте;
о методах анализа в химии пищевых производств;
о факторах, обуславливающих качество пищевого сырья
и готовых продуктов;
о превращениях в организме человека основных
компонентов пищи и чужеродных веществ;
об основных изменениях белков, жиров и углеводов
пищи при хранении пищевого сырья и его технологической
переработке;
знать:
эссенциальные факторы питания и их роль для
нормальной жизнедеятельности человека;
границы взаимозаменяемости белков, жиров, углеводов;
общность и отличие физико-химических и биохимических
процессов в живом организме после прекращения
3
2
жизнедеятельности и при нарушении биологического
компартмента.
Уметь использовать знания о химическом составе
сырья и способах его обработки в прогнозировании
качества готового продукта.
II. Перечень основных тем курса.
Тема 1. Пища как химическая субстанция. Факторы,
определяющие качество пищи.
Тема 2. Пищеварение. Теория питания.
Тема 3. Характеристика пищевого сырья.
Тема 4. Химические превращения основных компонентов
сырья при его хранении и переработке, их влияние на
качество готового продукта.
Тема 5. Основы рационального питания.
III. Содержание курса.
ТЕМА 1. При рассмотрении химического состава пищи
нужно исходить из того, что источниками пищевого сырья
являются ткани растительных, животных организмов и
гидробионтов. Химический состав организмов подробно
изучается в курсе биологической химии. Все полезные
вещества пищи, которые способны усваиваться организмом,
называются питательными, или алиментарными факторами
питания. Кроме этих веществ в пище содержатся вещества,
которые не являются питательными. Их называют
неалиментарными. Среди них могут быть и полезные
организму соединения, такие как неусвояемые сложные
углеводы: целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектины,
объединяемые единым термином «пищевые волокна». Ранее
их называли балластными веществами, что в свете
современных познаний неадекватно отражает их роль для
4
организма, поэтому название углеводов как балластных
веществ устарело.
В отдельных видах пищевого сырья присутствуют и
антиалиментарные вещества, которые способны блокировать
нужные организму макро-и микронутриенты. Следует
разобраться с механизмами блокирования.
Соотношение алиментарных, неалиментарных и
антиалиментарных факторов определяет пищевую ценность
продукта. Нужно четко сформулировать для себя понятие
пищевой ценности сырья и готового продукта, получаемого
из этого сырья.
В процессе производства готового продукта в сырье
происходят физико-химические и биохимические процессы,
дополнительно вносятся или образуются новые химические
соединения, которые в целом определяют качество продукта.
Качество продукта следует рассматривать как
интегральный показатель, составляющими которого
являются пищевая ценность продукта, его товарный вид,
безопасность и стабильность при хранении. Все дальнейшее
содержание курса отражает подробно понятие пищевой
ценности продукта и ее изменение в технологическом
потоке.
ТЕМА 2. Пищевая ценность любого продукта зависит
от того, насколько полно он переварится в пищеварительном
тракте и какова будет степень его всасывания стенками
кишечника, т. е. степень усвоения. Чтобы ответить на эти
вопросы, следует вспомнить катаболические процессы,
изучаемые в курсе биохимии.
Основные нутриенты пищи- белки, жиры, углеводы
подвергаются ступенчатому ферментативному гидролизу в
пищеварительном тракте, при этом должны соблюдаться
соответствующие условия переваривания, которые следует
восстановить в памяти и запоминать конечные продукты
5
переваривания. Разобраться с вопросами переваривания и
усвоения помогут основные положения теории адекватного
питания, которая пришла на смену теории
сбалансированного питания. Есть постулаты, общие для
обеих теорий, но есть и существенные отличия, которые
помогают по- новому взглянуть на технологию
приготовления пищевых продуктов. Теория адекватного
питания большую роль отводит микрофлоре кишечника и
пищевым волокнам в составе пищи.
Вопросы для самоконтроля по темам 1-2.
1. По какому принципу пищевые вещества делят на макро-
и микронутриенты?.
2. Что означает понятие « Эссенциальные факторы
питания»? Перечислите эти факторы.
3. В чем отличие неалиментарных веществ от
антиалиментарных.? Приведите конкретные примеры.
4.Какие составляющие входят в понятие « Качество сырья и
пищевых продуктов» ?
5. Перечислите конечные продукты гидролиза белков,
жиров и углеводов в пищеварительном тракте.
6. В чем сходство и отличие теории сбалансированного
питания и теории адекватного питания?.
7.Факторы, определяющие степень усвоения жира.
ТЕМА 3. Каждый вид пищевого сырья растительного и
животного происхождения имеет свою пищевую ценность,
которая, прежде всего, зависит от количества и качества
входящих в состав сырья пищевых компонентов. Те
компоненты, которые не синтезируются в организме
человека, называются незаменимыми, или эссенциальными.
К ним относятся витамины, минералы, 8 незаменимых
аминокислот: валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин,
6
метионин, триктофан, фенилаланин. В составе жиров
незаменимыми являются 2 полиненасыщенные жирные
кислоты—линолевая и линоленовая.
Для белков важной характеристикой является их
биологическая ценность. Самым быстрым методом ее
определения служит химический, при котором происходит
сравнение содержания аминокислотного состава
исследуемого белка с эталонным:
Х.С %=Аис⁄ Аэт ∗100,
где Аис.- содержание аминокислоты в исследуемом белке.
Аэт.- содержание той же аминокислоты в эталонном
белке( табл. 1).
Таблица 1. Содержание незаменимых
аминокислот в эталонном белке ФАО/ ВОЗ
N
п/п
Аминокисло
-та
Аэт.,
г/100
г
белка
N
п/п
Аминокисло-
та
Аэт.,
г/100
г
белка
1. Изолейцин 4,0 5. Треонин 4,0
2. Лейцин 7,0 6. Триптофан 1,0
3. Лизин 5,5 7. Валин 5,0
4. Метионин
цистин
3,5 8. Фенилаланин
тирозин
6,0
Химический скор рассчитывают для каждой из 8
незаменимых аминокислот: метионин +цистеин (цистин),
лизин, валин, трианин, лейцин, изолейцин, триптофан,
фенилаланин + тирозин. Та аминокислота, у которой
значение ХС будет наименьшим среди скоров (ниже 100%),
называется лимитирующей. Белки могут иметь несколько
лимитирующих аминокислот.
7
На основе знаний о химических скорах в
лимитирующих аминокислотах можно расчетным путем
определить степень утилизации каждого белка, т.е. степень
его усвоения организмом. Коэффициент утилизации белка
рассчитывают по формуле:
8 8
Ку, %=[Σ (Аi*аi)/ Σ Аi]*100,
i=1 i =1
где Аi- содержание i-й незаменимой кислоты в г на 100 г
белка.
Содержание аминокислот в продуктах дано в
справочнике «Химический состав пищевых продуктов» под
ред. Скурихина И.М., т.2, 1987. Значение каждой
аминокислоты выражено в мг на 100 г продукта. Для
расчета Ку эти значения нужно пересчитать на г/100г белка
в данном продукте.
аi= Сmin/ Ci ,
аi – коэффициент утилизации для каждой i-й незаменимой
аминокислоты;
Сmin – химический скор, минимальный среди восьми
значений скоров для исследуемого белка;
CI – химический скор для i-й незаменимой аминокислоты.
Важной характеристикой пищевого жира является его
биологическая эффективность, т. е. содержание в нем
эссенциальных факторов питания: полиненасыщенных
жирных кислот линолевой и линоленовой. По этим
показателям жиры рыбные, животные и растительные
сильно отличаются между собой. Особое внимание следует
обратить на жирнокислотный состав молочного жира, его
особенности. Пищевая ценность жира состоит не только в
его биологической эффективности, но и в соотношении
8
насыщенных, моно- и полиненасыщенных жирных кислот,
а также в содержании жирорастворимых витаминов и
фосфолипидов.
Углеводы не содержат эссенциальных факторов
питания, они необходимы как легкоусвояемые поставщики
энергии. Несмотря на то, что пищевые волокна не
усваиваются организмом, их роль для жизнедеятельности
велика. Также велика роль витаминов и минеральных
веществ как эссенциальных факторов питания.
Следует понимать, что содержание питательных
веществ в суточном рационе должно быть сбалансировано и
соответствовать потребностям организма. Недостаток или
избыток нутриентов приводит к нарушению обмена веществ
и заболеваниям.
При производстве продуктов питания большое значение
имеет содержание влаги в сырье и готовой продукции. В
зависимости от форм связи различают свободную и
связанную влагу. Стабильность продуктов при хранении
зависит от свободной влаги. Продукты, которые при
хранении могут менять влажность, относят к продуктам с
промежуточной влажностью. Для таких продуктов важным
показателем является активность воды (аw).
аw =р/р
о
,
где р- давление паров воды под тем или иным продуктом;
р
о
- давление паров под чистой водой при одной и той же
температуре.
При аw =0.9-1.0 в продукте продолжаются
биохимические и микробиологические процессы и он быстро
подвержен порче. При аw меньше 0.9 биохимические и
микробиологические процессы замедляются вплоть до
полного их прекращения- сроки хранения продуктов при
этом увеличиваются.
Установленные на заданном уровне значения
9
активности воды достигаются либо связыванием воды
посредством введения растворенного вещества или смеси
растворенных веществ, либо удалением воды.
Вопросы для самоконтроля по теме 3.
1. Существует ли разница между понятиями
биологическая ценность продукта и пищевая ценность
продукта? Что характеризует химический скор белка?
2. Что означает понятие “эталонный” белок. Какие белки
пищи наиболее близки к эталонному?
3. Чем отличаются полноценные белки от
неполноценных? Понятие о лимитирующих
аминокислотах, конкретные примеры.
4. Особенности химического состава жиров
растительного, животного происхождения и
гидробионтов.
5. Какой вид жира обладает большей биологической
эффективностью?
6. Растворимые и нерастворимые углеводы.
7. Редуцирующие и нередуцирующие сахара.
8. Какие углеводы относят к пищевым волокнам?
9. Что представляет собой пектин и протопектин?
10. Приведите примеры сырья, богатого пищевыми
волокнами.
11. Понятие “активность воды”. Виды влаги в продукте.
ТЕМА 4. В процессах хранения и переработки сырья
пищевые компоненты могут претерпевать превращения
желательные и нежелательные, что будет обусловливать
качество готового продукта. Следует обратить внимание на
то, что при хранении сырья в нем продолжают происходить
ферментативные, или биохимические процессы. При
переработке сырья, в зависимости от температурных
10
режимов, биохимические процессы могут ускоряться,
замедляться или прекращаться на фоне физико-химических
превращений. Компоненты сырья могут вступать в реакцию
друг с другом с образованием нерасщепляемых комплексов,
в этом случае пищевая ценность продукта понижается,
примером чему является реакция меланоидинообразования.
Белки при нагревании выше 60
0
С денатурируют и теряют
способность растворяться, но зато лучше атакуются
ферментами. Если денатурация сопровождается агрегацией,
то образующиеся комплексы хуже поддаются действию
ферментов. Гидролиз белков не снижает их пищевой
ценности в тех случаях, когда не сопровождается
разрушением аминокислот.
Основным процессом, снижающим пищевую
ценность жиров, является окисление. Надо знать схему
окисления с образованием начальных, промежуточных и
конечных продуктов окисления и причины возникновения
свободных радикалов.
Прогоркание и осаливание - виды окисления.
Вещества, задерживающие эти процессы (антиоксиданты) и
ускоряющие их (прооксиданты, характерные примеры.
Углеводы в процессе переработки могут
подвергнуться разным изменениям: карамелизации,
гликолизу, амилолизу, брожению. Каждый их этих процессов
в конкретной технологии может или повысить, или понизить
качество готового продукта, что следует ясно представлять.
Вопросы для самоконтроля к теме 4.
1. Какие процессы называют протеолитическими,
амилолитическими и липолитическими?
2. Чем липолиз отличается от амилолиза?
3. Какие макронутриенты способны денатурировать?
Механизм денатурации.
11
4. Какие компоненты пищи участвуют в реакции
Майяра?
5. По каким числовым показателям можно установить
степень порчи жира?
6. Какую роль играет степень гидролиза
макронутриентов в изменении пищевой ценности
сырья?
7. Каковы последствия нарушения биологического
компартмента в клетках?
8. Какое влияние на качество продуктов оказывает
процесс карамелизации?
9. Каким образом можно замедлить окисление
жиров?Привести схему появления и связывания
свободных рахикалов.
ТЕМА 5. Основы рационального питания.
Нужно понять, что рациональное питание должно
базироваться на теории адекватного питания, а не на теории
сбалансированного питания. Рациональное питание должно
удовлетворять потребности организма в энергии и
питательных веществах. Недостаток, равно как и избыток,
приводит к нарушению обмена веществ и возникновению
болезней. Зная химический состав того или иного вида
продукта, можно прогнозировать границы
взаимозаменяемости основных нутриентов. На
сегодняшний день существуют рекомендуемые нормы
суточной потребности человека в питательных веществах и
энергии для разных возрастных групп с учетом пола и вида
деятельности. При подсчете калорийности продукта
исходят из того, что при полном окислении 1 г белка
выделяется 4 ккал, 1 г жира –9 ккал, 1 г углеводов – 4 ккал.
1 ккал = 4,18 КДж. Все белки и жиры пищи способны
окисляться в организме, а углеводы только те, которые
12
перевариваются в пищеварительном тракте человека. Все
пищевые волокна, к которым относятся клетчатка,
гемицеллюлоза, пектиновые вещества, для человека не
имеют энергетической ценности.
Вопросы для самопроверки по теме 5.
1. Сформулируйте 3 основных принципа рационального
питания.
2. Какова среднесуточная потребность человека в белках,
жирах и углеводах (в том числе пищевых волокнах) ?
3. По какому принципу минеральные вещества делят на
макро- и микроэлементы ?
4. Потребности организма в витаминах.
5. Функциональные ингредиенты и продукты питания.
IV. Выбор варианта задания.
Таблица 1
Последняя цифра номера зачетной книжки Пред
после
дняя
цифр
а №
зачет
книж
-ки
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
0 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19
1 2 20 29 30 31 32 33 34 35 36
2 3 21 37 45 46 47 48 49 50 49
3 4 22 38 48 1 8 9 10 11 12
4 5 23 39 47 2 13 14 15 16 17
5 6 24 40 46 3 18 19 20 21 22
6 7 25 41 45 4 23 27 28 29 30
13
Продолжение таблицы 1
7 8 26 42 44 5 24 31 34 35 36
8 9 27 43 42 6 25 32 37 38 41
9 10 28 44 43 7 26 33 39 40 42
Номера контрольных вопросов согласно выбранному
варианту определяются по таблице 2.
Таблица 2
Вопросы №
варианта
1 2 3 4 5
1 1,14 2,1 3,2 4,10 5,3
2 1,13 2,2 3,3 4,9 5,4
3 1,12 2,3 3,4 4,8 5,5
4 1,11 2,4 3,5 4,7 5,6
5 1,10 2,5 3,6 4,6 5,6
6 1,9 2,6 3,7 4,5 5,8
7 1,8 2,7 3,8 4,4 5,9
8 1,7 2,8 3,9 4,3 5,10
9 1,6 2,9 3,10 4,2 5,1
10 1,5 2,10 3,9 4,1 5,2
11 1,4 2,9 3,8 4,10 5,3
12 1,3 2,8 3,7 4,9 5,4
13 1,2 2,7 3,6 4,8 5,5
14 1,1 2,6 3,5 4,7 5,6
15 1,2 2,5 3,4 4,6 5,7
16 1,3 2,4 3,3 4,5 5,8
17 1,4 2,3 3,2 4,4 5,9
18 1,5 2,2 3,1 4,3 5,10
19 1,6 2,1 3,2 4,2 5,9
20 1,7 2,10 3,3 4,1 5,8
21 1,8 2,9 3,4 4,10 5,7
14
Продолжение таблицы 2
22 1,9 2,8 3,5 4,9 5,6
23 1,10 2,7 3,6 4,8 5,5
24 1,11 2,6 3,7 4,7 5,4
25 1,12 2,5 3,8 4,6 5,3
26 1,13 2,4 3,9 4,5 5,2
27 1,14 2,3 3,10 4,4 5,1
28 1,11 2,2 3,9 4,3 5,2
29 1,2 2,1 3,8 4,2 5,3
30 1,3 2,10 3,7 4,1 5,4
31 1,4 2,9 3,6 4,10 5,5
32 1,5 2,8 3,5 4,9 5,6
33 1,6 2,7 3,4 4,8 5,7
34 1,7 2,6 3,3 4,7 5,8
35 1,8 2,5 3,2 4,6 5,9
36 1,9 2,4 3,1 4,5 5,10
37 1,10 2,3 3,10 4,4 5,9
38 1,11 2,2 3,9 4,3 5,8
39 1,12 2,1 3,8 4,2 5,7
40 1,13 2,2 3,7 4,1 5,6
41 1,14 2,3 3,6 4,10 5,5
42 1,13 2,4 3,5 4,9 5,4
43 1,12 2,5 3,4 4,8 5,3
44 1,11 2,6 3,3 4,7 5,2
45 1,10 2,7 3,2 4,6 5,1
46 1,9 2,8 3,1 4,5 5,10
47 1,8 2,10 3,2 4,6 5,1
48 1,7 2,9 3,3 4,3 5,8
49 1,6 2,1 3,4 4,2 5,7
50 1,5 2,2 3,5 4,1 5,6
Номер варианта и общая формулировка вопросов одинаковы
15
для специальностей «Технология хлеба, кондитерских и
макаронных изделий» и «Технология хранения и
переработки зерна». Разница состоит в конкретизации
пищевого продукта в зависимости от специализации.
Вопросы контрольного задания
1. Установите биологическую ценность суммарного белка
в заданном продукте расчетным методом по
коэффициенту утилизации белка (К
у
).
2. Сравните по биологической эффективности и пищевой
ценности жиры двух продуктов согласно варианту.
3. Проанализируйте пищевую ценность заданной
композиции. Рассчитайте в ней содержание
макронутриентов, ее энергетическую ценность.
Установите, какие эссенциальные факторы в ней
отсутствуют.
4. Опишите, какие физико-химические или биохимические
превращения прошли в сырье при его хранении на
основе изменений указанных в варианте показателей.
5. Оцените изменения пищевой ценности готового
продукта по сравнению с сырьем с учетом
количественных превращений отдельных компонентов
сырья в технологическом потоке.
V. Варианты вопросов
Специальность «Технология хранения и переработки зерна»
(260201)
1.1 Крупа манная, Б=14%
1.2 Крупа перловая, Б=9.3%
1.3 Крупа пшенная, Б=11.5%
1.4 Крупа овсяная, Б= 11%
1.5 Кукуруза крахмалистая, Б=9.4%
1.6 Пшеница мягкая, Б = 12.7%
16
1.7 Пшеница твердая, Б= 12.5 %
1.8 Мука пшеничная в/с, Б =11.7 %
1.9 Мука пшеничная 2 с., Б =8.9 %
1.10 Ржаная обдирная, Б=8.9%
1.11 Овес, Б=10 %
1.12 Кукуруза, Б = 10.3 %
1.13 Горох, Б =20.5 %
1.14 Соя, Б =34.9 %
2.1 Мука пшеничная в/с -- мука ржаная сеяная
2.2 Горох -- соя
2.3 Мука ржаная обдирная -- мука пшеничная 1 с.
2.4 Пшеница мягкая -- овес
2.5 Кукуруза -- рис
2.6 Пшеница твердая -- крупа овсяная
2.7 Крупа перловая -- крупа овсяная
2.8 Крупа гречневая -- крупа рисовая
2.9 Мука обойная пшеничная -- мука обойная ржаная
2.10 Ячмень -- сорго.
3.1 Мука пшеничная 2 сорта 80%
Масло подсолнечное 5%
Углеводы 15%, в том числе 5% представлены
клетчаткой.
3.2 Молоко обезжиренное 75 %
Казеинат натрия 10 %
Сахар – песок 15 %
3.3 Сахар-песок 67 %
Белки яйца 30 %
Пудра ванильная 3 %
17
3.4 Мука пшеничная в/с 97.55
Дрожжи 1.0 %
Соль поваренная 1.5 %
3.5 Белки сои 22 %
Маргарин столовый 10 %
Мука ржаная обойная 68 %
3.6 Сахарная пудра 72 %
Молоко обезжиренное 13 %
Агар-агар 15 %
3.7 Пудра сахарная 46 %
Какао-бобы 50 %
Фосфатный концентрат 4 %
3.8 Сахар 56 %
Мед 13 %
Спирт 10 %
Краситель 0.7 %
Агар-агар 20.3 %
3.9 Молочный белок –казеин 52 %
Пектин 20 %
Крахмал 17 %
Маргарин 10 %
3.10 Мука в/с 69 %
Белок куриного яйца 18.5 %
Дрожжи 2.5 %
Масло подсолнечное 10 %
рафинированное
18
4.1 Уменьшилось количество растворимых белков в
хранящейся муке при неизменном показателе общего азота.
4.2 При неизменном показателе общего белка в зерне
увеличилась его перевариваемость ферментами
пищеварительного тракта.
4.3 Обнаружено появление нитрозоаминов в муке.
4.4 Увеличилось кислотное число жира, находящегося в
муке.
4.5 Обнаружено накопление альдегидов и кетонов в липидах
крупы.
4.6 Увеличилось перекисное число липидов зерна.
4.7 Уменьшилось количество перекисей при хранении
крупы.
4.8 Уменьшилось йодное число липидов муки.
4.9 Установлено повышение количества свободных жирных
кислот в липидах муки.
4.10 Увеличилось количество нерастворимых белков в крупе.
5.1 В муке в процессе хранения при неизменном
содержании общего азота, равного 2 %, азот растворимых
белков составил 80 % от первоначального количества белков.
Рассчитайте, сколько белка денатурировано, как при этом
изменилась пищевая ценность.
5.2 При хранении крупы обнаружен малоновый
диальдегид. Сколько его молекул могло образоваться при
полном окислении всех ненасыщенных связей в одной
молекуле линолевой кислоты? Окажет ли эта реакция
влияние на пищевую ценность?
5.3 При гидротермической обработке пшеницы
денатурировано 15 % белков. Какую часть составят эти
белки в г на 100 г пшеницы?
Как изменится при этом пищевая ценность?
5.4 При хранении одного вида крупы с первоначальными
19