ÉLELMISZERKÉMIA. Vállalkozó manager hallgatók részére

Átírás

1 ÉLELMISZERKÉMIA Vállalkozó manager hallgatók részére Oktatási segédlet Összeállította: Prof. Dr. Kovács Erzsébet T. SZTE SZÉF 2005

2 2 TÁPLÁLÉKUNK ÖSSZETÉTELE Az élelmiszerek alapvet en természetes eredet ek. A sokféle megjelenési forma és különböz összetétel ellenére az élelmiszerek speciális vegyületek, amelynek kémiai felépítése testi enzimekkel lehetséges és pszichológiai elégetése energia-felszabadulást tesz lehet vé. Ezen tápanyagok tartalma definiálható els sorban az élelmiszer fogalmaként. Az élelmiszerek els sorban azok az anyagok, amelyeket változatlan vagy elkészített formában fogyasztjuk a tápanyagtartalmuk miatt, alkalmanként speciális ízük miatt. A tápanyagokhoz tartoznak a zsírok, szénhidrátok és fehérjék kémiai csoportjai. Az élelmiszerek nemcsak energiatermel k a testben. Így mutatható ki például az, hogy a speciális összetétel fehérjék állandó felvétele szükséges ahhoz, hogy az élelmiszer a testi anyagok felépítéséhez visszavezethet legyen. Ez annál inkább szükséges, minthogy a testben egy állandó felépít és lebontó folyamat van. Például a plazmafehérjék "biológiai felezési ideje" néhány nap, azaz ennyi id alatt a fele lebontódik és újjal pótlódik. A testi anyagok állandó regenerálásához a szükséges épí- elemek állandó felvétele szükséges. Ha a tápanyagok között differenciálunk, hogy az "energia-anyagcserében" vagy a "felépítési anyagcserében" szükségesek, akkor figyelembe kell venni, hogy az intermedier anyagcserében keletkez termékek éppúgy szükségesek az energiaháztartásban, mint a tartalék anyagokban (pl. zsír, glikogén). Az anyagcsere bemutatását az 1. ábra mutatja. Ennek folyamán a szénhidrátok, zsírok és fehérjék a táplálékkal az emberi emészt csatornába kerülnek, ahol speciális enzimrendszerek segítségével nem felvehet egységekké hasítódnak, amelyek további lebontása az intermedier anyagcsere ciklus változásai által történnek. Az alapvet energiacsere a következ kben összegezhet : C + O 2 = CO kcal H O 2 = H 2 O + 68 kcal Teljes elégetést feltételezve - ennek igaznak kell lennie -, hogy a tápanyagokból végül CO 2 és H 2 O keletkezik ben Rubner ismerte fel az izodinámiás törvényt: egy kaloriméterben ugyanazokat az égésh értékeket kell mérni, mint amint az enzimatikus emésztés után a testi elégetésnél kapunk. A zsíroknál és szénhidrátoknál valóban ezeket kapjuk, míg differenciák a fehérjéknél adódnak, attól függ en, hogy karbamid keletkezik, vagy CO 2, H 2 O és N 2. Az égésh értékére 1978 óta a kilo-joulet alkalmazzák. A tápanyagokra azonban sok élelmiszernél a kcal adott. Az átszámítás: 1 kj = 0,24 kcal 1 kcal = 4,184 kj

3 3 Tartalékanyagok: zsír, glikogén Fehérje Szénhidrát gyomor fehérjebontó enzimei pankreász, vékonybél Transzaminálás Dezaminálás Aminosavak Ketosavak Intermedier anyagcsere ciklus Glükóz glikolízis pl. keményít vékonybél amiláz, gyomor sósavja Karbamid ciklus β oxidáció Elégetés zsírsavak (Energiaforgalom) Karbamid Új testi anyag Lipáz (anyagcsere) Epesavak CO 2 + H 2 O Zsír Koleszterin 1. ábra Anyagcsere egyszer sített változata (Baltes, 1994)

4 A legfontosabb tápanyagok kalória értékei: 1 g glükóz = 3,8 kcal vagy 15,6 kj 1 g nyerscukor = 4,0 kcal 16,6 kj 4 kcal vagy 17 kj 1 g keményít = 4,2 kcal 17,6 kj 1 g fehérje = 7,0 kcal 29,4 kj 1 g zsír = 9,3 kcal 39,1 kj 7 kcal vagy 30 kj 4 9 kcal vagy 38 kj egyszer sített érték. A gyakorlatban az egyszer sített értékkel kell számolni. A szénhidrátok els sorban tartalék tápanyagok a növényekben, vagy állati szervezetben a glikogén. Glukóz, fruktóz vagy szacharóz formájában található a gyümölcsökben, vagy keményít formájában. A szénhidrát gazdag élelmiszerek a kenyér, a liszt, a puding valamint a lekvárok és a méz. A zsírok a növényi és állati szervezetek tartalék tápanyagai. Szerkezetük tekintetében egységesek, de a zsírsavösszetétel különböz sége miatt megjelenési formáik különböz ek, pl. olvadáspont. A zsírok befolyásolják a vízvisszatartást, a konzisztenciát, a színt és az ízt az élelmiszernél. Ezért van minden élelmiszerben több kevesebb zsiradék, de természetesen magas kalória értékük azt befolyásolja. A fehérjék az állati szervezetekben el nyös épít elemek, de minden növényben is megtalálhatók. A fehérje aminosavakból áll, amelyek az emberi szervezet testi fehérjéinek felépítéséhez kell. Fehérjében gazdag élelmiszerek: marhahús 20 %, hal (t kehal 17 %), tojás 12 %, kukorica 11 % és borsó 28 %. Egy egészséges táplálék kaloriértékének megoszlása a következ kell hogy legyen: fehérje %, zsír % és szénhidrát %. Alapmérésekb l megállapították, hogy egy feln tt embernek nyugalmi állapotban 1 kcal/óra/kg testtömeg szükséges. A bébiknél ez 50 %-kal magasabb, a fiatal szervezeteké 20 %-kal nagyobb. A tápanyagok kalória adatainak megítéléséhez figyelembe kell venni azok emészthetetlen kísér anyagait. Itt els sorban az ásványi anyagokat és a rostanyagokat kell figyelembe venni (cellulóz, hemicellulóz). Bár a rost anyagok emészthetetlenek, azonban szervezet normális m ködéséhez naponta g ballaszt anyag szükséges. Ezek a f zelékekben és a gabonatermékekben fordulnak el. A tápláléknak az energia-anyagcsere mellett bizonyos alkotórészeket kell tartalmaznia, amelyek két csoportba sorolhatók: *direkt a test anyagcsere folyamataihoz kell kapcsolódnia vagy, * az anyagcserében van dönt funkciójuk. Az els csoporthoz tartoznak az esszenciális aminosavak, és esszenciális zsírsavak, míg a másodikhoz a vitaminok az ásványi anyagok, a makro és mikroelemekkel együtt. Utolsóként, de nem utolsó sorban az élet szempontjából nélkülözhetetlen a víz.

5 5 Az élelmiszereket ezen összetev ik alapján különböz kategóriákba sorolhatjuk. Teljes érték élelmiszerek, amelyek a komponenseket eredend en és a szükséges arányban tartalmazzák. Természetesen a feldolgozás során bizonyos komponensek lebomlást szenvedhetnek. Az egészséges táplálkozásnál a növényi és állati termékek keveréket alkotnak. Napjainkban el kerültek a "biodinamikus" élelmiszerek, amelyeket minden kémiai adalékanyag nélkül a tradicionális eljárással állítanak el. Azonban napjainkban terjednek a kevésbé kiegyensúlyozott táplálkozást követ vegetáriánusok. Itt különbséget kell tenni a tejet és tojást fogyasztók és a csak növényi terméket fogyasztók között. A tejet és tojást fogyasztók esetében fehérje, vas, kalcium és B 12 hiány nem lép fel. Ezeknél kisebb a keringési és szívbetegség illetve a vastagbéldaganatot. Diétás élelmiszerek: valamilyen komponenst nem tartalmazhat az élelmiszer pl. betegség miatt. pl. diabéteszben szenved k glükóz helyett mannit, szorbit, xillit vagy fruktóz tartalmú terméket fogyaszthatnak. A coleakia, lisztérzékenységben szenved nem fogyaszthat ω-gliadin tartalmú búzalisztet, helyette szóját vagy hüvelyest. 1. Az élelmiszerek elemi alkotórészei Az emberi szervezet számára az elfogyasztott élelmiszerek szolgáltatják a biológiai energiát és szállítják azokat az anyagokat, amelyek a növekv vagy megújuló szervezetek számára szükségesek. Az élelmiszerek szervetlen és szerves anyagokból állnak. Az emberi test átlagos összetételét az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat.feln tt (70 kg tömeg ) emberi test elemi összetétele Elem Sorszám Vegyjel 1. O 2. C 3. H 4. N 5. Ca 6. P Mikroelemek K S Cl Na Mg Fe Cu Mn I % kg ,5 1 0,25 0,1 0,1 0,1 0,04 0,004 0,0005 0,0005 0, ,1 1 0,7

6 6 más mikro elem Zn, Co, Mo, Cr, Ni, V, F Az élelmiszerek és az emberi szervezet legfontosabb alkotórésze a víz. Ezt mutatja a 2. táblázat. 2. Víz 2. táblázat. Élelmiszerek víztartalma (Belitz 1985) Élelmiszer Víz % Hús Tej 87 Zöldség, gyümölcs Kenyér 35 Méz 20 Vaj, margarin Gabona rlemény Pörkölt babkávé 5 Tejpor 4 Étolaj 0 A kémiai átalakulások közegeként szolgál, de a hidrolízisnél mint reakciópartner. A víz elvétele vagy megkötése a só és cukorkoncentráció növelésével sok reakció gátlásához vezet, ill. a mikroorganizmusok növekedésének meggátlásához és ezzel egy sor élelmiszer növekv tárolási stabilitásához vezet. Fizikai kölcsönhatása a fehérjékkel, szénhidrátokkal, lipidekkel és sókkal a víz jelent sen hozzájárul a szerkezet kialakításához. Kémiai szerkezetét és néha anomáliát mutató fizikai tulajdonságait részletesen kell ismerni ahhoz, hogy az élelmiszer technológiai és biológiai szerepét megérthessük. A víz szerkezete Az 0 6 vegyérték elektronja a víz molekulában 4 sp 3 hibrid pályán van, amely egy torzult tetraéder négy csúcsa felé irányul. Két hibridpályája O-H kötést hoz létre, amelyek 105 -os kötésszöget mutatnak és a két nem köt elektronpárt is figyelembe kell venni. 2. ábra Víz szerkezete Az O-H kötések az O nagy elektronegativitása miatt mintegy 40 %-ban ionizálódnak.

7 7 Négy vízmolekula tetraéderesen kapcsolódik egy vízmolekulával H-híd kötésekkel. Az O nem köt elektronpárjai mint donorok, a 2 H akceptor szerepel a molekulában. A H-híd kötés disszociációs energiája 25 kj/mol. A két donor és két akceptor hely egyidej jelenléte okozza más molekulákkal szemben a víz szokatlan tulajdonságait: A vízmolekulák 3 dimenziós szerkezetbe asszociálódnak, amelyet a H-híd stabilizál. A vízmolekulában az elektronok elrendez dése idézi el a víz dipólusos jellegét: ez azt jelenti, hogy a magányos elektronpár felé es része kifelé negatív, a H-felöli része pedig pozitív. 3. ábra. Víz asszociációja Az alkoholok és a vízzel azonos dipólus tulajdonságú HF és NH 3 csak lineáris és két dimenziós struktúrát alakít ki. Az OH kötés polarizációja tovább növekszik a H-híd miatt és több vegyületre (H 2 O molekulára) kiterjed. Egy több vízmolekulából álló komplex dipólusmomentuma nagyobb mint az egyes molekuláké. A víz dielektromos állandója ezért sokkal magasabb. A természetben el forduló víz nemcsak a 16-os tömegszámú oxigénb l és az 1 tömegszámú hidrogénb l áll. Megtalálható a 2 tömegszámú deutérium D és 3 tömegszámú tritium T is. Az oxigén izotópok közül a 17 és 18 tömegszámú is el fordul. H 2 6 féle variációban (H 2, HD, D 2, HT, DT, T 2 ) az oxigén (160, 170 és 180) izotópváltozatban van. Ennek alapján 18 féle vízmolekula van, a természetben 4 számottev : H 2 16 O 99,7 % H 217 O 0,04 % H 2 18 O 0,2 % H 16 O 0,035 % A nehézvíz a szó szoros értelemben D 2 16 O, de tágabban a víznek mindazon változata, amely a H-nek vagy O-nek valamelyik nehéz izotópját tartalmazza. D 2 O tulajdonságai eltérnek: Op, Fp + 3,8 C, Fp + 101,4 C, ρ = +4 C 1,11 g/cm 3. A vízizotópok nemcsak fizikai, hanem kémiai és élettani szempontból is elté- en viselkednek. A nehéz vízben nem csíráznak a magvak, elpusztulnak a halak. Nagyobb mennyiségben az emberi szervezet számára is mérgez. Természetes vizek elektrolízisekor a nehézvíz a maradékban halmozódik fel. Elkülönítése így is lehetséges. A víz és a jég szerkezete A vízmolekula a H-híd kötések révén hajlamos az asszociációra és dipólusos jelleg is. Ez azt eredményezi, hogy a víz a jégben, ill. a folyékony vízben szerkezetet alakít ki. Ezek a szerkezetek a vízmolekulák távolságában, a koordinációs számban, a struktúra átjárhatóságában és élettartamában különböznek. 0 C-on 0,1 Mp

8 8 nyomáson jég I. szerkezet keletkezik 9 féle szerkezet létezik, amelyek közül minden egyes egy meghatározott nyomás ill. h mérséklet tartományban stabil. 0 C-on a jég I. szerkezetben a koordinációs szám 4 és az O-H...O távolság 0,276 nm és a H atomok 0,101 nm ill. 0,175 nm távolságra vannak az O atomtól. A jégben tehát minden O két hidrogén atommal szoros, kett vel pedig lazább kapcsolatban áll. 5 vízmolekulából álló tetraéderes szerkezet alakul ki, amely laza szerkezet. A koordinációs szám és a kötés távolság két vízmolekula között a jég víz átmenetnél megváltozik és n a további melegítésnél. 2. táblázat. Koordinációs szám és kötés távolság Koordinációs szám O-H... kötés távolság jég 0 C 4 2,76 A víz 1,5 C 4,4 2,9 A víz 83 C 4,9 3,05 A A víz s ségénél anomália figyelhet meg: +4 C-on a legnagyobb. A s ség szempontjából két effektus van: * a koordinációs szám növekedése, azaz azon vízmolekulák számának növekedése, ami közvetlenül vízzel van körbe véve, emeli a s séget, * a víz molekulák távolságának növekedése csökkenti. A h mérsékletnek 0 C-ról 4 C-ra való emelkedése túlnyomóan a koordinációs szám növekedését eredményez effektus. A víznek szokatlan tulajdonsága, hogy 0 C folyékony állapotban a s sége 0,9998 g/cm 3 nagyobb, mint a szilárd állapotú jégé: 0,9168 g/cm 3. A folyékony víznél feltételezhet, hogy nem tetraéder, hanem egy sokszög alakul ki, amelyben a dinamikus egyensúly gyorsan változik, kialakul és felbomlik. Ez a fluktuáció magyarázza a víz alacsony viszkozitását. Az olvadásponton ugrásszer en lecsökken a kristályosan rendezett vízmolekulák aránya, a h m. növelésével tovább csökkentjük a rendezettséget. Ennek következtében s bben, tömöttebben helyezkednek el a molekulák. +40 C-ig n a s - ség. További h mérséklet emelkedés hatására fokozódik a h mozgás, amely túlszárnyalja a szerkezetváltozás következtében el idézett összehúzódást. A vízmolekulák dipólus jellege miatt megvan az a tulajdonsága, hogy elektrosztatikus töltésfelesleggel rendelkez részecskék vagy vízkedvez atomcsoportok körül több rétegben felhalmozódik. Ezt a jelenséget hidratációnak, a kialakuló burkot hidrát buroknak nevezzük, amely több réteg. A hidrát burkon belül a részecskék orientáltan helyezkednek el. Azok az atomcsoportok, amelyek kedvelik a vizet: hidrofil gyök ill. az ezt tartalmazó anyagot hidrofil anyagnak nevezzük. Azokat, amelyek nem kedvelik a vizet hidrofób gyöknek ill. hidrofób anyagnak nevezzük.

9 9 4. ábra. Hidrátburok, hidrofób és hidrofil csoport A folyékony víz molekulák szerkezete megváltozik ionok, hidrofil vagy hidrofób anyagok oldásakor. A d-mez kationjai megkötik a vízmolekula nem köt elektron párját, akva komplex keletkezik. Az ionok ion-dipólus, vagy dipólus-dipólus kölcsönhatással beépülnek, ill. apoláros hidrofób részek között diszperziós kölcsönhatás miatt megváltozik a szerkezet. A víznek a magas Fp. 100 C, ill. 0 C Op-je is a H-híd kötés következménye. A víz szerepe az emberi testben 4. táblázat Olvadáspont és forráspont értékek Op C Fp C H 2 O CH 3 OH ,7 CH 3 -O-CH Az emberi testnek %-a víz, egyes szervek többet is tartalmaznak pl. a szem. A szervek kielégít m ködéséhez megfelel vízellátásra van szükség. Az ember napi átlagos vízszükséglete 2,5-3 l. Fedezése: ivóvíz, különböz folyadéktartalmú élelmiszer, biológiai oxidáció pl. 100 g zsír 107 g H 2 O. Naponta g víz keletkezik a szervezetben. A vízszükséglet kielégítetlensége a szervezet gyors gyengüléséhez, pusztulásához vezet 15 % vízveszteség halálos. Az emberi szervezet a víz: szabadvíz oldóképességét teljesen kifejti, kötött víz: oldóképesség, mozgékonyság korlátozott. A víz kötése az élelmiszerekben Az élelmiszerekben el forduló víz különböz módon kapcsolódhat a szárazanyaghoz. A kötés módja alapján megkülönböztetünk: kémiailag kötött vizet; fizikaikémiailag kötött víz; mechanikailag kötött víz. Kémiailag kötött víz: a víz szigorúan meghatározott arányban köt dik szerves vagy szervetlen anyagokhoz. A kötés er s. Radikális eszközökkel távolítható el, hevítéssel, izzítással. A kapcsolódás kémiai reakcióval jön létre, vagy kristályvíz.

10 10 Fizikai kémiailag kötött víz: Az élelmiszeripari nyersanyagokban és az élelmiszerekben ez fordul el leggyakrabban. Két fajtája van: adszorpciós víz, ozmózisos víz. Az adszorpciós víz: f leg a hidrátburokban köt dik. Mechanikai úton nem távolítható el. (pl. sajtolás, keverés, rázás). Eltávolítása: melegítéssel, környez leveg nedvességtartalmának csökkentésével. Ozmózisos vízkötés olyan élelmiszerre jellemz, amely különböz molekulatömeg frakciók keverékéb l áll. A nagy M-t rések vízben nem oldhatók, a kis Mt-ek viszont oldódnak és a nagy Mt alkotórészek által határolt mikroüregeken belül oldat alakul ki, amelynek az ozmózis nyomása nagyobb. Folyadék áramlik be, a vízfelvétel miatt duzzadás lép fel. Duzzadás korlátolt korlátlan mikroüreg szétesik, anyag oldódik. pl. sikér Mechanikailag kötött víz: sajtolással, egyéb behatással eltávolítható. Jelen lehet: szerkezeti vízként, pl. a kocsonyás üregben, rostok hálózata, húsban 70 %, zöldség 8-90 %. kapilláris víz: 10-5 cm-es részekben található. nedvesítés víz: vízmolekula adhézióval kapcsolódik a felületre. A feldolgozás szempontjából a kötött és szabad víz aránya fontos. Például a vízelvonásos tartósítási eljárásoknál olyan mértékben kell csökkenteni a víztartalmat, hogy szabad víz ne legyen jelen. A legtöbb szabad víz a folyékony halmazállapotú élelmiszerekben van. Pl. tej, gyümölcslé. Kötött víz a kis víztartalmú, de sok fehérjéb l és szénhidrátból álló élelmiszerben található pl. szárított tészta 90 %-a kötött víz. Az élelmiszer-gazdaság anyagai általában növényi és állati szövetek, sejtsze- szerkezettel és meghatározott víztartalommal. Stabilitásuk meghatározója az egyensúlyi relatív páratartalom (ϕe) vagy vízaktivitás (a w ). pg e a w = = ϕ pgt 100 ahol, p g = az adott élelmiszerbe lev víz parciális nyomása az adott T h fokon p gt = a víz telítési g znyomása az adott T h mérsékleten ϕe = az egyensúlyi relatív páratartalom. A vízaktivitás fogalmának bevezetésével a víz kötése a következ képpen alakul. 5. táblázat. Víz kötéstípusai és vízaktivitás Kötés típus a w állapot I. Mechanikailag kötött víz 0,8-0,99 Mozgékony víz a membránok szövetében bezárva ill. a makrokapilláris 1 um a fagyáspont csökken. II. Fizikai kémiailag kötött víz 0,25-0,8 A vízmolekula er sen korlátozott mozgásában pl. mikrokapilláris 1 um Fp er sen csökken III. Kémiailag kötött víz 0,25 nem kifagyasztható

11 11 A szorpciós izotermák mutatják be a vízaktivitás függvényében a víztartalmat. magas víztartalmú alacsony víztartalmú < 50 élelmiszer élelmiszer 5. ábra. Szorpciós izotermák (Labuza 1970) Látható, hogy az alacsony víztartalmú élelmiszer szorpciós izotermája eltér egy magas víztartalmú élelmiszert l. 6. ábra.egyensúlyi nedvességtartalom kialakulása Zárt rendszerben az élelmiszer nedvességtartalma és a környez leveg páratartalma között bizonyos id elteltével egyensúlyi állapot alakul ki. Az állapot paraméterei az adott h fokon jellemz ek az élelmiszerre. Ha egy anyag olyan páratartalmú leveg be kerül, amelynek a páratartalma azonos az illet anyagra jellemz egyensúlyi páratartalommal, akkor a nedvességtartalom nem fog változni. Ha a környez leveg páratartalma nagyobb az egyensúlyinál, az anyag a leveg l vízg zt fog elnyelni, adszorbeálni, a nedvességtartalma. Ha viszont az érintkez leveg nedvességtartalma kisebb, mint az egyensúlyi páratartalom, akkor az anyagból víz párolog el, deszorpció. Az alacsony víztartalmú élelmiszereknél fellép deszorpciós izoterma magasabb, mint a nedvességre érzékeny élelmiszer tárolásánál fellép adszorpciós izoterma. Ez a jelenség a

12 12 hiszterézis. A hiszterézis értelmezésére két okot lehet figyelembe venni. A szárításnál bezáródnak a kapillárisok, a bels felület csökken. A visszamaradó kapillárisok megtöltéséhez - amelyek geometriáját az élelmiszer er sen befolyásolja - egy magasabb parciális vízg z nyomás szükséges, mint a kiürítéshez, mivel az adszorpció a legnagyobb, a deszorpció a legkisebb kapilláris sugarától függ. Az adszorpciós izotermákból 3 tartomány adódik a víz kötésére: A tartomány: a bels felületekre monomolekuláris víz réteg köt dik. B tartomány: a kapcsolódott monomolekuláris vízréteg egy hidrát burokká alakul, amely nem mozgékony és nem fagy ki. C tartomány: nagyobb vízaktivitásnál növekv mennyiség víz kondenzálódik a kapillárisban, mechanikailag és fizikai kémiailag kötött víz egyaránt lehet a mozgékonyságtól függ en. A víz befolyása a reakció sebességre Azokban az élelmiszerekben, amelyek víztartalma kisebb, mint a szilárdanyag tartalma, azok reakció sebessége a vízköt képesség fokától függ. A vízaktivitás befolyással van a folyamatokra. Az élelmiszer min ségére gyakorolt hatása központi jelent ség. 7. ábra.élelmiszerek tárolási stabilitása a vízaktivitás függvényében (Labuza 1971.) A csökken vízaktivitás fékezi a mikroorganizmusok növekedését, azokat a reakciókat, amelyet enzimek katalizálnak és a nem enzimatikus barnulást. Egy kivétel van: a zsiradékok autooxidációja, amelynek mennyisége a szárazabb anyagba ismét n. 6. táblázat. Élelmiszerek vízaktivitása Élelmiszerek vízaktivitása a w májas 0,96 lekvár 0,82-0,94 szalámi 0,82-0,85 méz 0,75 szárított gyümölcs 0,72-0,80 Az élelmiszerek tárolási stabilitása 0,2-0,4 között a legkedvez bb. Ezek nem igényelnek konzerválást a mikrobiológiai romlás ellen, a min ségüket a nem

13 13 enzimatikus barnulás és a zsírok autooxidációja alig befolyásolja. A 0,6-0,9 közötti a w rendelkez élelmiszereket messzemen en védeni kell a mikrobiológiai romlástól. Az a w csökkentése megvalósítható magas vízköt képesség anyag adagolásával, így az eltarthatóság javul. 7. táblázat. 0,8 a w érték vízaktivitásnál az élelmiszerek víztartalma borsó 18 % szorbit 67 % kazein 19 % szacharóz 56 % burgonya keményít 20 % konyhasó 332 % glicerin 108 % Látható, hogy a konyhasó mellett a glicerin, szorbit és szacharóz használata érdemes. Itt nemcsak ízesít anyagokról van szó, bár ezeket magas koncentrációban a fogyasztók miatt nem lehet adagolni. 3. Makro és mikroelemek és azok élettani jelent sége Ásványi anyagok Az ásványi anyagok a növényi és állati szövetek azon alkotórészei, amelyek a hamvasztás után a hamuban maradnak vissza. Ezek részben: makroelemek makroelemek (C, H, O, N, Ca, P) mikroelemek (Ca, P, K, Cl, Na, Mg) hamu nyomelemek (Fe, Zn, Cu, Mn, I, Mo) Az él szervezetben a biológiai jelent ségük alapján megkülönböztetünk: * esszenciális elemek - ismert a biológiai funkciójuk, * nem esszenciális elemek - biológiai szerepük ismeretlen, (sokszor az eszszenciális elemek kísér i) * toxikus elemek, amelyek a táplálékkal a vízb l és a leveg l a szervezetbe juthatnak. Az esszenciális elemeknek, amelyekhez minden mikroelemet és a nyomelemek egész sorát soroljuk, sokféle funkciójuk van: * elektrolit, * enzimek alkotó részei, * testanyagok épít i. 8. táblázat. Az emberi szervezet ásványi anyagtartalma Elem mennyiség g/kg Elem mennyiség mg/kg Ca Fe P 6-12 Zn K 2-2,5 Cu 1,5-2,5 Na 11,5 Mn 0,15-0,3 Cl 1-1,2 0,1-0,2 Mg 0,4-0,5 Mo 0,1

14 14 Az élelmiszerek ásványi anyagtartalmának nemcsak táplálkozáspszichológiai alapokon van jelent sége. Ezek az anyagok hordozói az ízeknek, aktivátorai ill. inhibitorai az enzimkatalizálta reakcióknak és egyúttal befolyásolják az anyag szerkezetét. Mikroelemek Nátrium Az emberi szervezet Na tartalma 1,4 g/kg. A Na legnagyobb rész a sejten kívüli folyadékban van, a hozzá kapcsolódó ellenion a Cl. A sejten kívüli ozmotikus nyomást biztosítja. Aktiválja az amilázt. A Na felszívódása gyors 3-6 perc, 3 óra után teljes. A Na felvétele 1,7-6,9 g/nap. A túl sok ill. túl kevés Na felvétele zavarokhoz vezet. Táplálkozás pszichológiai szempontból a túlzott felvétel hipertóniához vezet. A Na csökkentése diétás só (konyhasó pótló segítségével) történik. Egy feln tt Na szükséglete 460 mg/nap. Kálium A szervezet K tartalma 2 g/kg. A K túlnyomórészt a sejten belül fordul el. Szabályozza az ozmotikus nyomást, a sejt ingerlékenységében vesz részt, és enzimeket aktivál (glikolízis, légzés). A K felvétel 2-5,9 g/nap. A minimális igény 782 mg/nap. A K hiány felléphet K szegény élelmiszer túlzott fogyasztásával (fehérkenyér, zsír). Kalcium Az emberi szervezet Ca tartalma 1500 g. A szervezet ásványi anyagai között szerepel, de el fordul csontvázban és szövetben egyaránt, esszenciális alkotórész. Jelent sége:csontrendszer felépítése, véralvadás, izomösszehúzódás. A kívánatos Ca fogyasztás 0,8-1 g/nap. A táplálékkal felvett 0,8-10,9 g/nap. forrás: tej, tejtermék, gyümölcs, zöldség, gabona. Klorid Az emberi Cl - 1,1 g/kg, felvétele f leg konyhasó formájában 3-12 g/nap. El fordul: sejtnedv ellenionja, gyomornedv HCl. Gyorsan felveszi a szervezet, vizelettel kiüríti. Foszfor Az emberi szervezet P tartalma kb. 700 g, a foszfát szükséglet 0,8-1,2 g/nap. A Ca/P hányadosnak a táplálék esetében 1-nek kell lenni. El fordul: szabadon foszfát, kötött foszfát észter.

15 15 Esszenciális táplálék alkotórész. A táplálékkal felvett foszfát vegyületek a foszfatázok hasítják, felszívódás szervetlen foszfát formában történik. Nyomelemek 14 nyomelem ismert, amely alkotó része a hormonoknak, enzimeknek és más fehérjéknek, amelyeknek biológiai funkciója van. Emellett számos további elem van, amelyek fiziológiai funkciója nem ismert és mint más elemek kísér je szerepel. Pl. a Li a Na mellett, Rb a K kísér je. Az esszenciális nyomelemek hiánya anyagcsere zavarokhoz vezet, enzimek alkotórészei - hiányukban elmarad az enzim m ködés. Számos toxikus elem is bejut az élelmiszerbe: As, Sb, Cd, Hg, TI. és Pb. Esszenciális nyomelemek Fe Az emberi szervezet vastartalma 4-5 g, túlnyomórészt a hemoglobin és a mioglobin részeként fordul el. Fe: - színanyag, - enzim: peroxidáz, kataláz, flavin enzim. Szükséglet 1-2,8 mg/nap, napi szükséglet 5-28 mg/nap. Az ingadozás oka - különböz a felszívódási képesség a kötés formája és a táplálék összetétele szerint. Legjobban hasznosítható a Fe a húsban: % felszívódási arány, máj 6,3 %, hal 5,9 %, f zelék 1-1,5 %. A tojás leszorítja a felszívódást, az aszkorbinsav emeli. A szükséglet fedezéséhez a FeSO 4 nem jó, Fe(II) glukonat, Fe(II) glicerin-foszfát igen alkalmas. Technológiailag a vas jelenléte sokszor nem kívánatos. Zsíroxidáció katalizátora, bor zavarosság, ivóvíz zavaró. Cu Az emberi szervezet a Cu tartalma mg. Oxidoreduktáz alkotórésze (citokrómoxidáz). A plazmában kötötten fordul el. Napi szükséglet 1-2 mg/nap. Élelmiszertechnológiailag kedvez tlenebb, nem kívánatos reakciót katalizál pl. aszkorbinsav oxidáció. Zn A feln tt ember Zn tartalma 2-4 g, 6-22 mg/nap a fogyasztás. Enzim része: alkoholdehidrogenáz, karboxi peptidáz A és B. Állatoknál Zn hiány súlyos betegséget idéz el. A magas Zn felvétel az emberekre toxikus. Zn mérgezés lép fel, ha savanyú közegben Zn tartalmú edényben tároljuk az élelmiszert. Mn Az emberi szervezet mg Mn-t tartalmaz. Napi szükséglet 2-48 mg/nap. Táplálék fedezi. Pl. aminopeptidáz, lecitináz. Az elem relatíve nem mérgez. Co Az emberi szervezet Co tartalma 1-2 mg. A B 12 vitamin központi ionja. Eszszenciális. Óriási jelent ség. A táplálék fedezi. Vanádium

16 16 Az emberi szervezet V tartalma g. Állatkísérlet igazolja, hogy a növekedésre van hatással. 1-2 mg a szükséglet, táplálék fedezi. Cr Igen különböz 6-12 mg a felvett mennyiség rendkívül ingadozó ug/nap. A glukóz feldolgozásában központi jelent ség : növeli az insulin hatékonyságát, Cr hiánynál zavar a glukóz egyensúlynál. Szelén Az emberi szervezet mg, felvétel 0,05-0,01 mg/nap. Antioxidáns feladat, tokoferol védelme. Állatkísérletek igazolják toxicitását és rákkelt hatását. Molibdén Az emberi szervezet Mo tartalma 8-10 mg. Táplálékkal 0,3 mg Mo/nap. Aldehid oxidázok része. A húsok elszínez dését okozó nitrát-reduktáz baktériumok tartalmaznak Mo-t. Ni Az enzimek egy sorát aktiválja, pl. oxálecetsav karboxiláz. Er síti az insulin hatását. Esszenciális hatása csirkéknél és patkánykísérleteknél igazolt, a változások a máj mitokondriumban lépnek fel. Sn Minden emberi szervezetben el fordul. Az élelmiszerek természetes Sn tartalma alacsony, de fehér-bádogból készült konzervdobozokban való tárolásnál magas lehet. Különösen savanyú élelmiszerek jelent s Sn tartalmat oldhatna ki: ananász gyümölcslé Sn tart. kannában lehet 2 g/dm 3. Kis mértékben szívódik fel, nem toxikus. A fehér bádog edényben tárolt élelmiszer Sn tartalma 50 mg/kg és nem szabad túllépni 250 mg/kg-ot. Szilícium Kovasav formában felszívódik. Az emberi szervezet Si tartalma 1 g. Növekedésre hat. Ha konc. 100 mg/kg mérgez. Flour 2,6 g F - az emberi szervezetben. Patkányoknál, egereknél a növekedésben zavar, örökl dési probléma: 2,5 ppm 0,1-0,3 ppm. Pozitív hatása van a fog szuvasodására 0,5-1,5 ppm F - tartalmú ivóvízben ha NaF v. (NH 4 ) 2 SiF 6. A fogzománc oldékonyságát csökkenti, gátolja a fog szuvasodást okozó enzim m ködését. Toxikus c 2 ppm. Ivóvíz fluorozását óvatosan kell elvégezni. Jód Az emberi szervezet jód tartalma 10 mg, % a pajzsmirigyben szervesen kötve. Felvétele: a táplálékból jodid formában. A jódszükséglet mg/nap. Hiány: pajzsmirigy növekedése. A legtöbb élelmiszer kevés jódot tartalmaz. Jód forrás: tej, tojás, tengeri halak. Jódszegény terület: ivóvíz jódozása, 100 ug I 2 van 1-10 g NaCl Nagyobb dózis toxikus (patkányoknál laktációra hat, medd vé válik). Nem esszenciális nyomelemek

17 17 Bor A növényi és állati szervezetben jelen van, de nem szükséges. Néhány növény növekedésében fontos. Friss gyümölcs 5-30, tojás 0,1, tej 0,1-02 ppm. Felvétele 4-41 mg/nap. Borsav zsírszövetben és központi idegrendszerben kumulálódik. Konzerválószerként nem használják. Al mg, az öregebb szervezetben magasabb érték. Az Al felvétel 5-35 mg/nap. Az Al a gyomor- és a bél-traktusban kevésbé szívódik fel, a bélsárral távozik. A vizelet 0,1 mg/nap mennyiséget ürít. Nagy dózissal kimutatták, hogy az Al sók a szervezetre nem mérgez ek. Így Al edények f zésre használhatók. Újabb kutatások: Az Al feldúsulása a szervezetben a központi idegrendszer sejtjeit károsítja. 4. Szénhidrátok A szénhidrátok a szerves anyagok közül nemcsak a legszélesebben elterjedt anyagok közé tartoznak, hanem a legnagyobb mennyiségben el fordulók közé is. A szénhidrátok a növények és állatok anyagcsere folyamataiban központi helyet foglalnak el. A szénhidrátokat zöld növények szintetizálják CO 2 - és H 2 O-b l a fényenergiával. A táplálék felvétellel a szénhidrát szolgáltatja a létezés alapját. A szénhidrátok azon alapvet tápanyagokhoz tartoznak, amelyek a táplálkozáson belül jelent sek: * emészthetetlen szénhidrát, ballaszt anyag, * édesít szer, * aroma és színanyag, * s séget befolyásoló anyag, * stabilizátor (emulzió, szuszpenzió). Kezdetben a szénhidrát C 6 H 12 O 6 formája volt ismert, ahol a C:H 2 O aránya 1:2, így a szén hidrátjának tekintették. Id közben reakcióik alapján számos anyagot sorolnak be: dezoxicukor, aminocukor. A szénhidrátok szerkezetileg polihidroxioxovegyületek: többérték aldehid illetve keton alkoholok. A szénhidrátokat lehet csoportosítani: * monoszacharidok: savas hidrolízissel nem bonthatók cukor egységekké, * összetett szénhidrátok: savas hidrolízissel cukor egységgé bonthatók. Ez utóbbiakhoz tartoznak az oligoszacharidok, amelyek 2-6 cukor egységb l állnak, illetve a poliszacharidok. A poliszacharidok (C 6 H 10 O 5 )n egységekb l állnak, ahol n kisebb vagy nagyobb szám. A tulajdonságaik eltérnek a kis és nagy moltömeg poliszacharidoknál. Monoszacharidok A monoszacharidok csoportosíthatók az oxo csoport elhelyezkedése alapján: aldóz

18 18 ketóz és a C atomszáma alapján: 3 C trióz aldotrióz ketotrióz 4 C tetróz 5 C pentóz 6 C hexóz glicerinaldehid dihidroxi aceton A legfontosabb 6 C atomos cukrok: D-mannóz D-glükóz D-fruktóz D-galaktóz A cukroknál vizes oldatban az oxo és a hidroxilcsoport addíciójával gy s, ciklofélacetál szerkezet alakul ki. A fontosabb ciklofélacetál szerkezetek Haworth féle képletei: α-d-mannóz α-d-glükóz α-d-galaktóz β-d-fruktóz A cukor molekulában el fordul, hogy az OH hiányzik: dezoxicukor illetve aminocukor, ha NH 2 van helyette.

19 19 2-dezoxi-ribóz 2-amino-3-dezoxi-glükóz A cukroknál igen nagy számú izoméria van. Az oxo csoport elhelyezkedése alapján aldóz vagy ketóz, pl. glükóz és fruktóz. A cukroknál el fordul az optikai izoméria jelensége. Az optikai izoméria feltétele: a 4 ligandumos C atom jelenléte (a C négy vegyértékével 4 különböz csoporthoz kapcsolódik). Az izomerek tükörképi viszonyban vannak: a poláros fény síkját azonos szögben, de ellenkez irányban forgatják el. Az izomerek száma: I = 2 n, ahol n a 4 ligandumos C darabszáma. Az egyes izomereket Rosanoff javaslatára D és L sorozatba sorolják függetlenül a forgatás irányától aszerint, hogy a legnagyobb 4 ligandumos C atomján az OH csoport a D vagy L glicerin aldehiddel hozható genetikus kapcsolatba: D-glicerin aldehid L-glicerin aldehid Ha több 4 ligandumos C van a vegyületben, akkor keletkeznek a diasztereomerek, ahol a molekula egy része teljesen azonos és egy 4 ligandumos C atomon tükörképi párban állnak. Ezeknél nemcsak a forgatás iránya eltér, hanem az egyéb fizikai állandók is. A 4 C atomos cukroktól kezdve a gy záródás kialakulhat és jönnek létre a diasztereomerek:

20 20 D-glükóz α-d-glükóz β-d-glükóz α-d-glükopiranóz β-d-glükopiranóz A gy záródással kialakuló -OH csoport a glikozidos hidroxil csoport, amely eltér sajátsággal rendelkezik. A kialakuló szerkezet a "ciklofélacetál" szerkezet, ez jelenti a molekulában a rejtett oxocsoportot. Optikai aktivitás, mutarotáció A mono- és oligoszacharidok vizes oldata mutatja az optikai aktivitást: a poláros fény síkját elforgatja. Az elforgatás szöge jellemz a cukorra. [ α] t λ 100 α = 1 c, ahol l = a polariméter cs hossza dm c = a cukor konc. g cukor/100 g oldat α = az elforgatás szöge. A forgatóképesség alapján lehet cukor molekulatömeget számítani: [ α] t M t λ [ M] = Mt számolható λ 100 1:1 mól D és L forma: racem: inaktív-nem forgat. t

21 21 Mutarotáció jelensége: a szilárd D-glükózt vízben oldva a nyílt láncú és gy s forma között egyensúly alakul ki: α-d-gl és β-d-g1. Az α-d-g1 és β-d-g1 a két anomer, antipodpár: nemcsak a forgatóképesség, hanem az Op, Fp is eltér egymástól. Minden mono- és redukáló diszacharid mutatja! Cukrok fizikai tulajdonságai a cukortartalmú anyagok vízfelvétele különböz, függ a szerkezett l, az izomerek keverékét l, a tisztasági foktól. Érzékszervi tulajdonságok A mono- és oligoszacharidok valamint ezek redukciójakor keletkez cukor alkoholok néhány kivételével édesek. Pl. β-d-mannózt az édes-kesernyés íz jellemzi és néhány oligoszacharid is keser. Édesít szerként jelent s a szaharóz, a keményít szirup (amely glükóz, maltóz és oligoszacharid keveréke). E mellett jelent s az invertcukor (G1-Fr = 1:1 elegye), a Laktóz és cukor alkoholok: szorbit, A cukrok különböznek egymástól éppúgy a min ségüket mannit, illet en, mint az édes íz intenzitását illet en. A szacharóz kit nik xillit különlegesen telt és nagy koncentrációban is jellegzetes ízével a többi cukor közül. Az édes íz intenzitása általában az oligoszacharidok lánchosszúsága növekedésével csökken. Cukrok kémiai reakciója A redukció A monoszacharidok NaBH 4 katalitikusan redukálhatók, aldóz és ketóz is. Alkohol keletkezik, de a ketózokból újabb isomerek kialakulására van lehet ség. D-szorbit D-fruktóz D-mannit Ezeket, mint cukorhelyettesít kiváltó anyagokat alkalmazzák a dietétikus élelmiszerekben. Feladatuk: a w csökkentése, víztartó és lágyító, kristályosodás gátló, visszanedvesedést el segít. Szorbit pl. az almában és körtében található.

22 22 Oxidáció: Pufferral biztosított semleges vagy gyengén lúgos közegben oxidálódik, enyhe oxidáció: aldonsav Ha ph > 3 a keletkez glükono δ-lakton átalakul glükono-γ-laktonná és oxidálódik glükonsavvá. Ezzel a glükono-δ-lakton átalakulással mindenütt kell számolni, ahol egy lassú savanyodási folyamat lép fel: süt ipar, nyers kolbász és tejtermékek. Lúgos közegben a cukrok (amely redukáló aldóz + fruktóz) a különböz komplex fémvegyületeket elemi fémmé vagy alacsonyabb oxidációs állapotú fémoxiddá redukálja. Ez az alapja a redukáló cukor meghatározási módszereknek (Fehling, Bertrand, Schoorl). Reakció savak és bázisok jelenlétében

23 23 A monoszacharidok ph=3-7 tartományban relatíve stabilak. Ezeken a határokon túl ill. er s sav és melegítés hatására H 2 O elimináció történik. Ez lehet intermolekuláris: oligo és poliszacharid keletkezik; intramolekuláris: furfurol és származéka keletkezik. A furfurol ill. hidroxi-metil furfurol tartalomból lehet következtetni az egyes cukortartalmú termék h kezelésére ill. hamusítására. Megállapítható, hogy a méz természetes vagy m méz, ill. a természetes mézet hamisították-e invertcukorral. (A szacharóz invertálódásakor ugyanis mindig képz dik bomlástermék is.) Lúgos közeg: Enyhén lúgos közegben az aldózok és ketózok protonvándorlással - molekulán belüli szerkezetváltozással - könnyen átalakulnak egymásba. Ez a Lobry de Bruyn és Van Ekenstein néven ismert izomerizációs átalakulás - a szerkezetben funkciós csoportváltozás következik be. Bármely cukorból indulunk ki, az egyensúlyi elegyben mindhárom cukrot megtaláljuk. Fontos az aldóz-ketóz átalakulásában. Ezzel kapcsolatos a laktóz átalakulása az újszülöttek táplálkozásában. Tömény lúg hatására láncszakadás van: tejsav, hangyasav, aceton, diacetil keletkezik. A cukor bomlását a reakció közeg sárgásbarna színe jellemzi. Pl. A fruk-

24 24 tóz szirupot ph=8-10 között 3 órán túl hevítve 13 terméket mutattak ki és pl. tipikus karamell aromaanyagok is keletkeznek. Karamellizáció A cukrot olvadáspontján vagy a cukorszirupot sav-bázis jelenlétében, barna szín bomlástermékek keletkeznek, ez a karamellizáció. A karamell képz dés folyamán els lépésben a cukrok h bomlása következik be, és kis Mt- vegyületek is keletkeznek. A folyamat irányítható az aroma és színképz dés irányába eltolható. A cukor h bomlása már 100 C alatt elkezd dik. A h mérséklet növelésével a redukció sebessége nagyon meggyorsul. A bomlástermékekb l el bb kis Mt-, világosabb szín karamell színanyagok képz dnek, majd ezek egymással reakcióba lépve nagyobb Mt-, oldhatatlan karamell színanyagot adnak, végül 200 C felett termikus bomlás következik be (200 C felett). A karamell színanyagok jelenléte több élelmiszeripari terméknél fontos (pl. kenyér, sütemények), más esetben káros pl. a tejporgyártás. A technológiai eljárás feltételeivel kell a szükségletnek megfelel en a karamellizációt el segíteni ill. visszaszorítani. Maillard reakció Az aminovegyületek a redukáló monoszacharidokkal a karbonilcsoporton bekövetkez addícióval, víz kihasadásával és gy zárással glükózamin típusú vegyület keletkezik. D-glükóz D-glükózamin Az élelmiszerekben mindig keletkezhetnek, ha redukáló cukrok fehérjével, peptidekkel, aminosavakkal vagy aminokkal együtt fordulnak el, különösen könynyen magas h mérsékleten vagy alacsony vízaktivitásnál. A redukció következ lépése az un. AMADORI ÁTRENDEZ DÉS. A glükózaminokat és az un. Amadori termékeket értjük a Maillard reakció alatt, "nem enzimatikus barnulás" néven is szokták emlegetni. Ezen reakciók vezetnek a barna szín pigmentek, vagy melanoidinek képz déséhez. Ezek különböz mennyiség N-t tartalmaznak, különböz a molekula tömegük és oldhatóságuk vízben. A színanyagok keletkezésénél a Maillard reakciónál a C-C kötések hasadása és visszaalakulása fontos szerepet játszik. Továbbá keletkeznek olyan illékony vegyületek, amelyek aromában gazdagok. A barnulás és aromaképz dés a f zésnél és kenyérsütésnél (hús termékek sütésénél is) éppúgy a Maillard reakcióra vezethet

25 25 vissza, mint az esszenciális aminosav veszteségek (lizin, metionin) és a nem kívánatos elszínez dések és aroma hibák is (a gyakori szín hiba is). Ezek ott lépnek fel, ha az élelmiszert tároljuk szárított állapotban és termikus kezelés van: paszt rözés, sterilizálás és pörkölés. Az aminosavakból transzaminálási reakcióval aminoketonok, aldehidek és CO 2 keletkezik. Az aldehid a Stecker aldehid. Az élelmiszereknél a magas h mérsékleten keletkez Stecker aldehid az aromát befolyásolja. A Maillard reakció megakadályozása: *ph érték csökkentése, *a lehet legalacsonyabb h mérséklet betartása, *az a w kritikus tartományának ismerete és betartása, *nem redukáló cukrok valamint szulfit hozzáadása. Reakció hidroxi vegyületekkel A monoszacharidok hevítése alkoholban sav katalizátor jelenlétében a glükozidos csoport H-jének alkoxi vagy (CH 2 -OH) acil csoporttal történ cseréjéhez vezet. A glükozidos OH-hoz kapcsolódó részt aglikon résznek nevezzük. Ez a Fischer szintézis. Alkil és acilglükozidok képz déséhez vezet. Ezek az un. O- glikozidok: a természetben igen elterjedtek, az élelmiszerek fontos alkotó részei: glikolipidek, glikoproteinek, flavonoid glükozidok. Az O-glikozidok savakban könnyen hidrolizálnak, alkalikus körülmények között csak drasztikus körülmények között hidrolizálnak. Észter származékok A monoszacharidok észterei, a cukorészterek a természetben igen elterjedtek. A foszforsavészterek a legfontosabb anyagcsere köztes termékei, a H 2 SO 4 észterek a poliszacharidok alkotó részei. A cukrok vagy cukoralkoholok nagy C atomszámú zsírsavakkal - laurinsav, palmitinsav, sztearinsav és olajsav - képzett észterei a felületaktív anyagok, amelyeket iparilag el állítanak. Ezekb l készülnek az emulgeátorok. Diszacharidok A diszacharidok C 12 H 22 O 11 összegképlettel adhatók meg. Lehetnek redukáló: glikozidó-altóz és glikozido-ketóz és nem redukáló: glikozido-aldozid és glikozidoketozid. A monoszacharid részek összekapcsolódásával: α-α, β-β, α-β és β-α térállású kapcsolat jöhet létre.

26 26 A redukáló és nem redukáló diszacharidok kristályos vegyületek, amelyek vízben jól, alkoholban rosszul és éterben nem oldódó vegyületek. Számos képvisel jük szabadon, számos kötött állapotban található. Fontosabb diszacharidok Cellobióz: a cellulózban fordul el. Két β-d-gl egység az 1.4 C atomon kapcsolódik össze: Redukáló tulajdonságú, fehér por alakú vegyület. A hidrolizálja. β-glükozidáz glükózzá Maltóz: a keményít ben fordul el. Két α-d-gl egység kapcsolódik az 1.4 C atomon össze: Redukáló tulajdonságú. A természetben elterjedt. A keményít enzimes hidrolízisével állítható el. Izomaltóz: a poliszacharidok épít köve. A két α-d-gl 1.6 C-en kapcsolódik össze. Redukáló diszacharid.

27 27 Laktóz: tejcukor, amely hidrolizálva egy glükóz és galaktózra esik szét. A monoszacharidok az 1.4 C-en kapcsolódnak össze: β-d-galaktóz β-d-glükóz Az eml sök tejében fordul el (anyatej 5,5-8 %, tehéntej 4,5-5,5 %). A laktóz lehet αés β laktóz attól függ en, hogy α-d-glükóz vagy β-d-glükóz rész kapcsolódik a galaktóz részhez. A két módosulat kémiai tulajdonságai azonosak, de a fizikai tulajdonságai eltérnek. Mindkett el fordul kristályos és vízmentes formában. Ha a laktóz oldatot 93,5 C kisebb h mérsékleten kristályosítjuk, akkor α-laktóz-hidrát válik ki. Ez 125 C felett elveszti a kristályvizét, α-laktóz anhidrid keletkezik. Ha a kristályosítást 93,5 C felett végezzük, akkor β-laktózt kapunk. A tejcukor lúgokkal szemben érzékeny, bomlik, savakkal szemben azonban ellenálló. Ezzel a passzivitással mutatható ki a hamisítása. H vel szemben ellenálló, csak C-on karamellizálódik. A tejsav baktérium bontja a tejcukrot, aroma és zamat anyagok keletkezése mellett. Süt éleszt nem bontja, speciális laktóz éleszt erjeszti CO 2 -ra. A laktóz fontos a joghurt, kefír és tejföl gyártásánál, de gyógyszer és tápszer is. Szacharóz: több néven ismert nádcukor vagy répacukor. Két egységb l áll:α-dglükóz és β-d-fruktóz 1.2 C-en kapcsolódik össze. Nem redukáló diszacharidok, amely savval hidrolizálva adja az invert cukrot, amely α-d-glükóz és β-d-fruktóz 1:1 arányú elegye. Ez már redukáló. Az éleszt nem tudja erjeszteni, csak ha az invertóz el ször hidrolizálja. El fordul keményít, méz, cukor répa és sör.

28 28 Melibióz: a kakaóbab anyaga, amely α-d-glükóz és α-d-galaktóz 1.6 C-en kapcsolódik. Triszacharid: a raffinóz, amely a cukorrépa melaszban dúsul fel. A tisztításkor (raffinálás) a kristályosítási anyalúgba kerül. Oligoszacharidok galaktóz + glükóz + fruktóz A monoszacharidok glikozidos OH csoportjai egymással glükozid kötés kiépítésére képesek. Ha a lánc 10 tagból áll oligoszacharid, 10 felett poliszacharid. Poliszacharidok Monoszacharidokból épülnek fel glikozidos kötéssel. Szerkezet felderítésénél a teljes hidrolízis mellett a részleges hidrolízis igen jelent s. A poliszacharidok azonos vagy különböz épít kövekb l állnak. A monoszacharid kapcsolódhat lineárisan cellulóz (βd-gl 14) amilóz (α-d-gl 1.4) vagy elágazással amilopektin α-d-gl 1.6 glikogén, ahol az elágazási hely valamint az oldalláncok hossza igen eltér lehet. A monoszacharidok sorrendje: periodikus, ahol a periodicitás egy vagy több részre terjed ki. * több kevesebb periodikus ismétlés, amelyet nem periodikus részek választanak el pl. alginát, pektin. * nem periodikus - glikoproteinek szénhidrát komponensei. A cellulóz esetében szalagszerkezet alakul ki, amelyet H-híd stabilizál. A stabilizációhoz α-hélix konformáció ismétl dhet, amelyet H-híd stabilizál. A hélixkonformáció különböz helyen stabilizálódik. Ha átmér je elég nagy, záróvegyületet képez. kétszeres háromszoros hélix képz dhet vagy er sen nyújtott láncnál red zött réteg. Két lánc Ca(II)-ionokkal, mint egy tojástartó kapcsolódik össze.

29 29 Ha a poliszacharidoknál a periodikus monoszacharid sorrendet nem periodikusan ismétl részek megzavarják, a konformáció változik. Az ilyen anyagok hajlamosak gélképz désre Rces 1977.: szabálytalan periodikus-szabályos A lehetséges konformációk: kett s hélix köteg tojás doboz nyújtott kett s "eggbox" szalag lánc hélix láncok A periodikusan ismétl részek egy másik lánccal kett s hélixet alakítanak ki és ahol a szabálytalan rész van, ott az nem lehetséges. Így egy gél, egy három dimenziós szerkezet alakul ki, amely nagy mennyiség oldószert köt meg: a gél tulajdonságai pl. a szilárdság a poliszacharid bioszintézisével befolyásolható: megváltoztatva a helyeket ahol elágazás, szabálytalan elhelyezkedés jön létre. pl. alginátok, pektin. A szabályos részek között az intermolekuláris kölcsönhatások a kett s hélixet, a kett s hélix kötegét, mint az "eggbox" szerkezetet kialakítják.

30 30 A poliszacharidok a természetben széles körben elterjedtek és nagy jelent ség ek: * szerkezetképz anyag, cellulóz, hemicellulóz, pektin, növényeknél a kitin, állatoknál mukopoliszacharid, * tartalék tápanyag: keményít, dextrin, növényeknél fruktán, állatoknál glikogén, * vízköt anyag (agar, pektin, alginát). Sok élelmiszerben fordul el és nagy jelent ség, mint szerkezetkialakító anyag: zöldség, gyümölcs, mint tápanyag, gabona, burgonya. Ezért természetes és módosított formában az élelmiszernél a feldolgozásnál alkalmazásra kerülnek. Az elágazó láncú poliszacharid (amilopektin, glikogén) jobban oldódik, mint a lineáris molekula: amilóz, kevesebb a molekulán belüli kölcsönhatás, a szalvatáció könnyebb. Azok az anyagok, amelyek elágazó láncú poliszacharidot tartalmaznak, a szárítás után jobban hidratálódnak. Az oldatoknak kisebb a viszkozitásuk, mint a lineáris molekulát tartalmazó részeknek - ha az összehasonlítást azonos tömeg és azonos koncentrációjú oldatot hasonlítjuk össze. Az ok az, hogy a viszkozitás általában az "effektív térfogattól" függ, azaz annak a golyónak a térfogatától, amelynek átmér je a molekula legnagyobb lineáris része. Ez a térfogat a lineáris molekuláknál sokkal nagyobb, mint az azonos Mt- elágazó molekuláknál. A módosított poliszacharidoknál poláros és apoláros pontok beépítése a lineáris láncba, megváltoztatja a poliszacharid oldhatóságát, viszkozitását, stabilitását és gélképz tulajdonságát. Keményít A keményít a növényi asszimilációs folyamatok terméke, a növények tartalék tápanyaga. Egyes növényi részekben, magvakban, gyökerekben és gumókban halmozódik fel. Különösen sok keményít van a gabonamagvakban: *búza % *rizs % *kukorica % * burgonya %. A keményít a növényekben 0,002-0,15 nm nagyságú szemcsékben található. A különféle eredet keményít szemcsék szerkezete jellegzetes eltéréseket mutat, de mindegyikre jellemz a szferoidális szemcsés alkat. A koncentrikus rétegekben a keményít szemcsék kristályos szerkezet ek. Sugárirányban álló finom kristályt kb l kett s törés gömbkristályokat képeznek. A szemcsékben rendszerint zsírsav és foszforsav található. A kukoricakeményít ben palmitinsav, olajsav, linolsav és linolinsav szerepel észterkötésben. A keményít szemcsék hideg vízben oldhatatlanok, de kissé duzzadnak. Ez a duzzadás reverzibilis, miközben a nedvességtartalom 30 % körülire n. A vizes keményít szuszpenziót melegítve, a duzzadás fokozódik és irreverzibilissé válik. A

31 31 keményít irreverzibilis duzzadását csirizesedésnek nevezzük. A csirizesedés során a keményít térfogata az eredeti térfogat szeresére n, a duzzadt szemcsék felrepednek, a kioldható anyagok oldatba kerülnek, a keményít szemcsék szerkezetének a rendezettsége megsz nik, nagy viszkozitású s oldat vagy gél képz dik. Azt a h mérsékletet, ahol megkezd dik az irreverzibilis duzzadás, csirizesedési h mérsékletnek nevezzük. A keményít csirizesedési h mérséklete 60 C körül van, de keményít fajtánként kisebb - nagyobb eltérések tapasztalhatók (pl. a búzakeményít 63 C, a rozskeményít 55 C-on csirizesedik). A csirizesedés mérséklete a keményít nagyságától és az állapotától is függ. A nagyobb szemcsék könyebben csirizesednek, mint a kisebbek. A sérült vagy lebontott keményít (pl. a csírázott gabonában) csirizesedési h mérséklete alacsonyabb, mint az épp szemcséké. A csirizesedett keményít csak 100 C fölötti h mérsékleten (vagy túlnyomáson) válik teljesen homogén oldattá. Ha állni hagyjuk az elcsirizesedett keményít oldatot, megzavarosodik és a keményít oldhatatlan csapadék formájában kiválik. Ezt a folyamatot "öregedésnek" vagy "retrogradációnak" nevezzük. Ilyenkor a csirizesedés alatt létrejött labilis amorf szerkezet stabilabb kristályszerkezetté alakul át. Hasonló folyamat játszódik le a süt ipari termékek bélzetének a morzsalékossá válása során is. Ha a kenyér még nem száradt ki, a morzsalékos szerkezet ismételt felmelegítéssel megszüntethet. A kenyérben a keményít retrogradációja +60 C és 7 C között következik be. A keményít hideg, híg NaOH oldatban és forró glicerinoldatban is csirizesedik. A nagy keményít tartalmú élelmiszerek, vagy nagy víztartalmú rendszerben h kezeléssel (f zéssel, sütéssel) való gyártáskor a keményít csirizesedése fontos folyamat. A keményít duzzadása révén n a térfogat (pl. f tt tészták, párolt rizs), s - södik az állomány (pl. a f zelékek, általában rántással, habarással készült ételek), jelent sen megváltozik a kolloid szerkezet (pl. a kenyér, péksütemény). A keményít szemcsék két különböz anyagból állnak: amilóz és amilopektin. Az amilóz elágazás nélküli glükóz molekulából állnak, α-d-egységek 1.4 C-en kapcsolódnak egymáshoz. A maltóz részek csavarmenetet, hélix-struktúrát alkotnak. A hélix-struktúrát H-híd kötések stabilizálják. Az amilóz forró vízben nem csirizesedik, hanem feloldódik. Oldás után az oldatban retrogradáció játszódik le és oldhatatlan amilóz válik ki. Az amilóz a jóddal kék színt alkot. Az amilopektinben a glükóz molekulák nem hosszú lánccá kapcsolódnak, hanem elágazó szerkezetet hoznak létre. 25 α-d-gl egy 1.6 kapcsolódással kapcsolódik össze. Az amilopektin vízben nem oldódik, csak megduzzad. Jóddal kék, ibolya vagy vörös színez dést ad. Az amilóz és amilopektin molekulatömege keményít fajtánként és azonos fajtán belül is változó, a különböz vizsgálatok is különböz eredményeket adnak. Pl. a burgonyakeményít ben az amilóz Mt-e , a kukoricakeményít é