Élelmiszerkémia Csapó, János

Átírás

1 Élelmiszerkémia Csapó, János

2 Élelmiszerkémia Csapó, János

3 Tartalom... iv... v... vi... vii 1. A víz és a vizes oldatok Az ásványi anyagok A szénhidrátok Aminosavak, peptidek és fehérjék A lipidek A vitaminok Természetes színezékek Íz- és aromaanyagok Az élelmiszer-tudomány szempontjából legfontosabb enzimek Élelmiszertechnológiai adalékok. A tartósítószerek, az antioxidánsok, az ízesítőanyagok, a mesterséges színezékek, az állományjavító-anyagok és a tápértéket növelő anyagok Mérgező anyagok Legfontosabb élelmiszereink és azok összetétele Tej és tejtermékek Hús és hústermékek A tojás Étkezési zsiradékok és olajok Gabonafélék Zöldségek és gyümölcsök A természetes édesítőszerek és a csokoládé Alkoholos italok iii

4 Élelmiszerkémia Oktatási segédlet a Takarmányozási és takarmánybiztonsági mérnöki, valamint az Állattenyésztő mérnöki (MSc) mesterszak hallgatói számára E digitális tankönyv szövege, ábraanyaga és mindenféle tartozéka szerzői jogi oltalom és a kizárólagos felhasználási jog védelme alatt áll. Csak a szerzői jog tulajdonosának előzetes írásbeli engedélye alapján jogszerű a mű egészének vagy bármely részének felhasználása, illetve sokszorosítása akár mechanikai, akár fotó-, akár elektronikus úton. Ezen engedélyek hiányában mind a másolatkészítés, mind a sugárzás vagy a vezeték útján a nyilvánossághoz való közvetítés, mind a digitalizált formában való tárolás, mind a számítógépes hálózaton átvitt mű anyagi formában való megjelenítése jogszerűtlen. iv

5 Élelmiszerkémia Szerzők: Prof. Dr. Csapó János, egyetemi tanár (Kaposvári Egyetem) Vargáné Dr. Visi Éva, egyetemi adjunktus (Kaposvári Egyetem) Kaposvári Egyetem, 2011 E digitális tankönyv szövege, ábraanyaga és mindenféle tartozéka szerzői jogi oltalom és a kizárólagos felhasználási jog védelme alatt áll. Csak a szerzői jog tulajdonosának előzetes írásbeli engedélye alapján jogszerű a mű egészének vagy bármely részének felhasználása, illetve sokszorosítása akár mechanikai, akár fotó-, akár elektronikus úton. Ezen engedélyek hiányában mind a másolatkészítés, mind a sugárzás vagy a vezeték útján a nyilvánossághoz való közvetítés, mind a digitalizált formában való tárolás, mind a számítógépes hálózaton átvitt mű anyagi formában való megjelenítése jogszerűtlen. v

6 Kézirat lezárva: július 25. A nyilvánosságra hozott mű tartalmáért felel: a TÁMOP /1/A projekt megvalósítására létrehozott konzorcium E digitális tankönyv szövege, ábraanyaga és mindenféle tartozéka szerzői jogi oltalom és a kizárólagos felhasználási jog védelme alatt áll. Csak a szerzői jog tulajdonosának előzetes írásbeli engedélye alapján jogszerű a mű egészének vagy bármely részé nek felhasználása, illetve sokszorosítása akár mechanikai, akár fotó-, akár elektronikus úton. Ezen engedélyek hiányában mind a másolatkészítés, mind a sugárzás vagy a vezeték útján a nyilvánossághoz való közvetítés, mind a digitalizált formában való tárolás, mind a számítógépes hálózaton átvitt mű anyagi formában való megjelenítése jogszerűtlen. vi

7 A digitalizálásért felel: Kaposvári Egyetem Agrár- és Élelmiszertudományi Nonprofit Kft. E digitális tankönyv szövege, ábraanyaga és mindenféle tartozéka szerzői jogi oltalom és a kizárólagos felhasználási jog védelme alatt áll. Csak a szerzői jog tulajdonosának előzetes írásbeli engedélye alapján jogszerű a mű egészének vagy bármely részé nek felhasználása, illetve sokszorosítása akár mechanikai, akár fotó-, akár elektronikus úton. Ezen engedélyek hiányában mind a másolatkészítés, mind a sugárzás vagy a vezeték útján a nyilvánossághoz való közvetítés, mind a digitalizált formában való tárolás, mind a számítógépes hálózaton átvitt mű anyagi formában való megjelenítése jogszerűtlen. vii

8

9 1. fejezet - A víz és a vizes oldatok A víz kémiai és fizikai tulajdonságainál fogva az élet legalapvetőbb eleme, amely az emberi testnek is 60-70%- át teszi ki. A vízmolekulák egymással hidrogénhíd-kötésekkel kapcsolódnak, amelyek alapvető szerepet játszanak mind a víz, mind a jég szerkezetének kialakításában. A hidrogénhíd-kötések által összetartott asszociátumok a víznek is bizonyos fokú rendezettséget kölcsönöznek. A víz sűrűsége 3,98 C-on maximális, nagyobb, mint a jégé és ez megakadályozza a folyóvizek és a tavak összes vízállományának megfagyását, segítve így a vízi élővilág áttelelését. Oldáshője és párolgáshője rendkívül nagy; óriási hőkapacitása miatt meghatározó szerepet tölt be a hőmérséklet szabályozásában. Elektromosság- és hővezető képessége csekély, dielektromos állandója miatt nagyfrekvenciás térben felmelegíthető. A víznek különleges jelentősége van az élőlények szempontjából, hisz a víz egyrészt közege a különféle átalakulási folyamatoknak, másrészt segítője a biológiai szervezetek kialakulásának. Benne oldódnak a különféle szerves és szervetlen molekulák, segítségével alakulnak ki a hidrátburkok és a kristályvíztartalmú vegyületek. A természetes vizek és az ivóvizek jelentős mennyiségű szervetlen iont is tartalmaznak, amelyek közül a Ca 2+ - és a Mg 2+ -ionok okozzák a víz keménységét. A víz lágyítása különféle fizikai és kémiai módszerekkel (desztillálás, fordított ozmózis, ioncsere, vegyszerek) megoldható. A víz az élelmi anyagban szabad és kötött formában is jelen van. A kémiailag kötött víz jelentős erőkel kapcsolódik az élelmi anyag szerves vagy szervetlen alkotóihoz. A fizikailag-kémiailag kötött víz két módon kötődhet az anyaghoz: Adszorpciós víz : a víz az alkotórészek felületén hidrátburokban található. Nem lehet mechanikai folyamatok során (pl. préseléssel) eltávolítani, azonban fűtéssel és/vagy alacsony nedvességtartalmú levegő hatására elpárologtatható. Ozmózisos vízmegkötés. Az élelmiszerben található makrokomponensek által kialakított üregekben kis móltömegű anyagok oldata található, amelyekben a víz az ozmózis jelensége miatt kötve marad. Mechanikailag kötött víz található az élelmi anyag felszínén (nedvesítés adhézióval) és kapillárisaiban, továbbá az anyagot alkotó sejtek magasabb szintű szerkezeti egységei között is jelen van ilyen formában kötött víz (szerkezeti víz). A nyersanyagok és a késztermékek eltarthatóságát alapvetően nem az abszolút víztartalom határozza meg, hanem az a vízmennyiség, amely a mikroorganizmusok részére is hozzáférhető. A mikróbák nem tudják hasznosítani a kémiailag kötött vagy kifagyasztott vizet, a számukra hozzáférhető víz hányadáról a teljes víztartalmon belül jó tájékoztatást ad a vízaktivitás (a v). Ahol P = a víz parciális gőznyomása az élelmiszer felett T hőmérsékleten, P 0 = a víz telítési gőznyomása T hőmérsékleten, ERP = az egyensúlyi relatív páratartalom T hőmérsékleten. Az élelmi anyagok víztartalma és vízaktivitása közti kapcsolatot a szorpciós izoterma írja le. A magas víztartalmú élelmiszerek szorpciós izotermája eltér azoktól, amelyek csak kevés vizet tartalmaznak. A második esetben, amennyiben az élelmiszer víztartalma kevesebb, mint 50%, a fenti paraméter kis változása jelentős vízaktivitás-változáshoz vezet. Továbbá, a vízaktivitás és a víztartalom közti összefüggést az is befolyásolja, hogy az élelmiszer víztartalma abszorpció (nedvesedés), vagy deszorpció (száradás) során változik meg. Ez a jelenség a hiszterézis, és a szorpciós izotermán a hiszterézis-hurok reprezentálja meglétét. Amennyiben az élelmiszer vizet köt meg ebben a tartományban, ugyanakkora víztartalomnál nagyobb lesz a vízaktivitása, mint száradáskor. Nedvesedés során a víztartalomban bekövetkező kismértékű változás nagy vízaktivitás-növekedést eredményezhet, és ez megnövelheti az élelmiszerromlás felgyorsulásának kockázatát. 1

10 A víz és a vizes oldatok A mikrobanövekedés a vízaktivitás csökkentésével visszaszorul. A nem enzimes barnulás reakciósebessége és az enzimreakciók sebessége is lassul, azonban a kis vízaktivitású szárított élelmiszerek hajlamosak az autooxidációra. Azok az élelmiszerek, amelyek vízaktivitása 0,6 és 0,9 között van (Közepes Nedvességtartalmú Élelmiszerek) nagymértékben védettek a mikrobiológiai romlással szemben. Az élelmiszerek eltarthatóságának növelése érdekében a vízaktivitás szárítással csökkenthető. Egy másik lehetőség a nagy nedvesség-megkötő képességű anyagok használata (pl. sók, cukor, glicerin, szorbitol). 2

11 2. fejezet - Az ásványi anyagok Az ásványi anyagok rendkívül fontos alkotórészei az élelmiszereknek. A legfontosabb makroelem a nátrium, a kálium, a magnézium, a kalcium, a foszfor, a kén és a klór. Az esszenciális mikroelemek közé tartozik a vas, a fluor, a cink, a réz, a vanádium, a mangán, a jód, az ón, a nikkel, a molibdén, a szelén, a króm és a kobalt. A nem esszenciális mikroelemek közé tartozik az alumínium és a bór. Az élelmiszerek nedvességtartalmát előszárítással vagy egy lépésben határozzuk meg. Az ásványi alkotórészek meghatározásakor a hamutartalmat és a sósavban oldhatatlan hamutartalmat izzítással, a hamu ásványi alkotórészeit pedig spektroszkópiai módszerekkel határozzuk meg. Ezek közül különös jelentőséggel bírnak az emissziós (lángfotometria, plazmaemisszió) és az abszorpciós (atomabszorpciós fotometria, ultraibolya és látható abszorpciós fotometria) spektroszkópiás módszerek. 3

12 3. fejezet - A szénhidrátok A természetben előforduló szerves anyagok fő tömegét alkotó szénhidrátok alapegységei a cukrok, amelyek 3-8 szénatomból felépülő polihidroxi-aldehidek, polihidroxi-ketonok. Ezek monomer, oligomer és polimer formában fordulnak elő. Az élelmiszerek legnagyobb mennyiségben hexózokat és pentózokat tartalmaznak, amelyek részben szabadon, de nagyobb részben kötött formában vannak jelen. A monoszacharidok legfontosabb reakciói az oxocsoporthoz kötődnek: ezek során cukor-oximok, glükaminok, oxidált származékok, glikozidok, észterek keletkezhetnek belőlük, ezenkívül éterek, cukor-anhidridek és anhidrocukrok képzésére is képesek, reverzióval vizet veszíthetnek, és végbemehet endiolképződés és izomerizáció is a reakció során. Savanyú és bázikus közegben átalakulva oligoszacharidok, cukoranhidridek és anhidrocukrok, furán, pirán és ciklopentanon-származékok, endiolok, karbonsavak és hidroxikarbonsavak, reduktonok és reakcióra képes hidroxi-oxovegyületek képződhetnek belőlük. A karamellizáció és a MAILLARD-reakció során jellegzetes aromájú, barna színű termékek, aromakomponensek és melanoidok alakulnak ki belőlük. A nem enzimes barnulás lehet előnyös és hátrányos is, de a folyamatot minden esetben fehérjeveszteség kíséri. Élelmiszer-ipari szempontból a legfontosabb monoszacharidok a pentózok (D-xilóz, L- és D-arabinóz, D-ribóz, D-dezoxi-ribóz) és a hexózok (glükóz, mannóz, galaktóz, fruktóz), a legfontosabb monoszacharidszármazékok pedig a dezoxicukrok, az aminocukrok, a cukorészterek, a cukoréterek, a cukoralkoholok, a savszármazékok és a glikozidok. Az egyszerű cukrok egymással glikozidkötéssel kapcsolódva oligo- és poliszacharidokat alakítanak ki. A kapcsolódástól függően a diszacharidok lehetnek redukálók és nem redukálók. Legfontosabbak közülük a répavagy nádcukor, a maltóz, az izomaltóz, a cellobióz és a tejcukor. A triszacharidok közül említést érdemel a raffinóz és a laktóztartalmú triszacharidok. A poliszacharidok olyan, nagymolekulájú vegyületek, amelyekben az egyes cukormolekulák glikozidos kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, és amelyek savas vagy enzimes hidrolízissel monoszacharidokra bomlanak. A homopoliszacharidok azonos, a heteropoliszacharidok különböző monoszacharidokból épülnek fel. A glükózpolimerek közül legjelentősebb a keményítő, amely az amilóz és amilopektin keveréke, a keményítő különféle származékai (duzzadó-, hígfolyós-, oxidációval módosított keményítő, dextrinek, fehér, sárga és ciklodextrin, keményítő-észterek és -éterek, térhálós szerkezetű keményítő), a glikogén, a cellulóz, valamint a cellulóz származékai. A fruktózpolimerek közé tartozik az inulin, a graminin és a leván, a mannánok közé a kődiómannán és a konjakmannán, az uronsavpolimerek közé pedig a pektin és az alginát. Glükózamin-polimer a kitin, míg a kevert poliszacharidok közé a xilán, a hemicellulóz, a pentozán, a xantán, a karragén, az agar és az arab gumi tartozik. A szénhidrát-fehérje származékok közül gyakorlati jelentőséggel bír a heparin, a hialuronsav, a kondroitin és a tojásfehérje glikoproteinek. Az aldózok kimutatása a FEHLING-reakcióval és az ezüsttükör próbával történhet. Lehetőség van a redukáló és az összes cukortartalom meghatározására jodometriás titrálással, valamint a monoszacharidok szétválasztására és egyenkénti meghatározására nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával. A keményítőtartalom a jódkeményítő reakcióval mutatható ki, amellyel a keményítő hidrolízise is nyomon követhető. A háztartási keményítő tisztaságát polarimetriával mérjük. Az élelmiszerek nyersrosttartalmát savas és lúgos főzéssel, a rostfrakciókat (hemicellulóz, cellulóz, lignin) detergens oldatokkal való kezeléssel lehet meghatározni. 4

13 4. fejezet - Aminosavak, peptidek és fehérjék Az élővilágban található sokmillió fehérje mindössze húszféle aminosavból épül fel. Ezek a prolin kivételével közös szerkezeti alapelemet tartalmaznak, az α-szénatomhoz kapcsolódó amino- és karboxilcsoportot, és az α- szénatomhoz kapcsolódik az a rész is, amely az aminosavakat megkülönbözteti. Ez az R-csoport lehet apoláros, poláros, savas vagy bázikus. Az aminosavak a glicin kivételével optikailag aktív vegyületek. Néhány bakteriális eredetűtől eltekintve mind L-konfigurációjúak. Az anyagcsere-folyamatokban keletkezik néhány nem fehérjealkotó aminosav is, és a különféle folyamatok során β-, γ-, és δ-aminosavak is szerephez jutnak. Semleges közegben az aminosavak kettős jelleműek, mert mind amino-, mind karboxilcsoportjuk disszociál. Az aromás aminosavak abszorbeálják az ultraibolya-fényt, és így a fehérjék mennyiségét spektrofotometriásan meg lehet határozni. Több aminosav α-karboxil- és α-aminocsoportjai kondenzáció útján összekapcsolódva polipeptidláncot hoznak létre. A peptidkötés merev, a peptidláncon belül elfordulásra csak az α-szénatomok körül van lehetőség. A természetben nagyszámú, változatos funkciójú oligo- és polipeptid is előfordul. Ezek néhány aminosavtól aminosavig kapcsolódhatnak egymáshoz. Funkciójuk szerint lehetnek antibiotikumok, hormonok, gombamérgek, proteinázinhibitorok és sok más biológiai hatású vegyület. A peptidek nagy része, konfigurációtól függetlenül (az édes L-aszparaginsav dipeptidek kivételével) keserű vagy semleges ízű. A fehérjék minden biológiai folyamatban kulcsszerepet játszanak, mivel szinte nincs is olyan biológiai jelenség, amelyben enzimek ne vennének részt. A fehérjék soksejtű szervezetekben részt vesznek a sejtek közötti kommunikációban és a sejten belüli, illetve kívüli anyagok szállításában. Aktívan közreműködnek a sejtek és a szervezet sajátos morfológiai jellemzőinek kialakításában. Szabályzó tevékenységük útján biztosítják a szervezet és a környezet közötti kapcsolat fenntartását. Speciálisan kialakított fehérjemolekulák teszik lehetővé az élőlények mozgását. Védő szerepet töltenek be a szervezeteket veszélyeztető károsodásokkal szemben. A fehérjék sokféle funkciójának ellátását szerkezeti felépítésük rendkívüli változatossága teszi lehetővé. A húszféle aminosavból rendkívül sok aminosav-sorrend alakulhat ki. Tovább növeli a változatosságot, hogy a polipeptidláncok különféle anyagokkal is kapcsolódhatnak. A fehérjék megköthetnek ionokat, kisebb-nagyobb molekulákat, laza kapcsolatokat létesíthetnek lipidekkel, nukleinsavakkal, és kovalensen kötődhetnek a fehérjék szénhidrát részéhez. A fehérjék funkcionális sokoldalúsága egyrészt abból ered, hogy a húszféle aminosavból rendkívül változatos aminosav-sorrendek (elsődleges szerkezet) alakulhatnak ki, másrészt abból, hogy a polipeptidláncon belül periodikusan rendezett másodlagos szerkezet (α-hélix, β-redő) és periodicitást nem mutató szakaszok váltakoznak. Ezek lehetővé teszik, hogy a polipeptidlánc összegombolyodjék (harmadlagos szerkezet), és globuláris fehérjék jöjjenek létre. A polipeptidlánc-gombolyagok egymással asszociálhatnak, negyedleges szerkezetet létrehozva. A polipeptidláncok térben rendezett szerkezetét különféle nem kovalens és diszulfid (másodlagos kovalens) kötések stabilizálják. A háromdimenziós szerkezet kialakulása következtében az oldalláncok között olyan kölcsönhatások létesülhetnek, amelyek eredményeként a tulajdonságok módosulhatnak. A térszerkezet kialakulásához a polipeptidlánc számára nincs szükség extra információra, az az aminosav-sorrendből adódóan vizes közegben spontán kialakul. Egy fehérje jellemzésénél megadjuk a molekulatömeget, oldhatóságát, izoelektromos, izoionos pontját, a poláros fény síkjának forgatását, fényabszorpcióját és kristályosodási hajlamát. A fehérjék kémiai reakciói és kapcsolódásai közül a legfontosabbak a csapadékképző- és színreakciók, a fehérje-víz és a fehérje-lipid kapcsolódások. A fehérje denaturációja lehet reverzíbilis vagy irreverzíbilis, előidézhetik fizikai módszerek, illetve kémiai anyagok. A funkcionális tulajdonságok közül a leglényegesebbek a hidratációs tulajdonságok, az oldhatóság, a viszkozitás, a gélképződés, a texturálás, az emulgeálóképesség és a habképző tulajdonságok. Kémiai összetételük alapján egyszerű, illetve összetett fehérjéket különböztethetünk meg. Az egyszerű fehérjék lehetnek protaminok, hisztonok, albuminok, globulinok, prolaminok, glutelinek, vázfehérjék, az összetett fehérjék pedig prosztetikus csoportjuk alapján lehetnek foszfoproteinek, mukoproteinek, kromoproteinek, nukleoproteinek és lipoproteinek. A fontosabb természetes fehérjék közé tartoznak az izomfehérjék, a plazmafehérjék, a légzőfehérjék, a tejfehérjék, a tojásfehérje és -sárgája fehérjéi, a vázfehérjék és a különféle növényi fehérjék. Az élelmiszer-fehérjék feldolgozása és tárolása során bekövetkező átalakulások közül a jelentősebbek a denaturálódás, a különféle fehérje-fehérje kapcsolódások, az oxidáció, reakciók a redukáló szénhidrátokkal (pl. 5

14 Aminosavak, peptidek és fehérjék a nem enzimes barnulás), a dehidroalanin és rajta keresztül a lizinoalanin keletkezése, valamint a fehérje lipid, polifenol és fitinsav bekapcsolódások. Élelmiszerek fehérjetartalmát a DUMAS-féle égetéses és a KJELDAHL-féle kénsavas roncsolásos módszerrel lehet meghatározni. Ez utóbbi módszer elvén alapszik a Kjel-Tec automatikus nitrogénmeghatározó működése. A nyersfehérje-tartalmon túl meghatározzuk még az emészthető nyersfehérje- és a valódifehérje-tartalmat, és lehetőség van a fehérje in vitro emészthetőségének és a fehérje hőkezeltségi fokának meghatározására is. A fehérje aminosav-összetétele ioncserés oszlopkromatográfiával és nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával is meghatározható. Mód van az egyes aminosavak fotometriás mérésére, és meg lehet határozni az esszenciális aminosavak hasznosítható mennyiségét is. Az aminosav enantiomerek szétválasztása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával elvégezhető. A D- aminosav-tartalom alapján a baktériumok által szintetizált fehérje mennyiségére és a masztitiszes tőgyből származó tej részarányára lehet következtetni. 6

15 5. fejezet - A lipidek A lipidek a szervezetnek csak zsíroldó szerekben oldódó anyagai, amelyek zömükben két feladatot töltenek be a sejtben: energetikai szempontból igen hatékony raktározott üzemanyagok, valamint a sejtek és organellumok membránját felépítő anyagok. Kis mennyiségben hormonok, vitaminok stb. formájában jelentős szabályozó funkcióik is vannak. Az állati szervezetek energiakészletének egy részét a glicerinből és zsírsavakból felépülő triacil-glicerinek, az ún. neutrális zsírok alkotják, amelyek tulajdonságai a zsírsavrész hosszától és a benne lévő telítetlen kötések számától függnek. A membránok felépítésében az amfipatikus, poláros lipidek vesznek részt, amelyek glicerinhez kötött két zsírsavláncot, a harmadik alkoholos hidroxilhoz kapcsolódó foszforsav részt, és az ehhez kapcsolódó egyéb alkotórészt tartalmaznak. Az idegrendszerben másféle poláros lipidek (pl. szfingolipidek) is találhatók. A lipidek külön csoportját képezik a terpének és a belőlük származtatható sokféle vegyület. Ezek között található vitaminhatásúak, kofaktorként működők, és izoprénből vezethető le az élővilágban igen változatos szerepet játszó szteránvázas vegyületek nagy csoportja is. A lipidek fehérjékkel alkotott komplexei a lipoproteinek; felépítésük függ a szervezet tápláltságától és a transzportfeladatoktól. A membránok lényegében lipidekből és fehérjékből épülnek fel, meghatározva a sejt és környezete közötti szelektív kapcsolatokat, valamint a sejt alakját és integritását. A zsírok kémiai reakciói közül kiemelésre érdemes az észterkötés hidrolízise, a lipidoxidáció, az avasodás, valamint a hőhatásra bekövetkező dimerizációs és polimerizációs átalakulások. A természetes zsiradékok közül legfontosabbak a tejzsiradékok, a sertészsír, a marhafaggyú, a baromfizsír és a növényi eredetű olajok, amelyek keményítésével különféle étkezési margarinokat állítanak elő. Az élelmiszerek nyerszsírtartalma SOXHLET-féle extrakcióval, savas feltárással vagy anélkül határozható meg. A zsír minőségéről a peroxidszám és a savszám ad felvilágosítást. A zsír zsírsav-összetételét, valamint a savanyítással készült élelmiszerek illózsírsav-tartalmát gázkromatográfiával határozzák meg. Az antioxidánsok meghatározására alacsony forráspontjuk miatt ugyancsak alkalmas a gázkromatográfia. 7

16 6. fejezet - A vitaminok A vitaminok olyan, természetes szerves vegyületek, amelyeket különböző külső forrásból kis mennyiségben meg kell szerezni ahhoz, hogy a szervezet anyagcseréje, energiaforgalma és megújítása zavartalan legyen. A vitaminok, nevüktől eltérően, nemcsak aminok, hanem egészen eltérő felépítésű vegyületek is lehetnek. A C- vitamin és a biotin kivételével többségük kisebb-nagyobb kémiai átalakulás után nyeri el funkcióképes alakját. A vitaminok hatása azon alapul, hogy katalizáló- vagy szabályzótényezőként bekapcsolódnak az életfolyamatokba, részben fehérjéhez kötődve enzimként (prosztetikus vitaminok), részben egyéb, még nem tisztázott módon (induktív vitaminok). Oldódásuk alapján megkülönböztetünk zsíroldható és vízoldható vitaminokat, és ismerünk még provitaminokat és antivitaminokat is. Mai tudásunk szerint a zsíroldható vitaminok egyes fehérjék bioszintézisét szabályozzák. Mivel a szervezet tárolni képes őket, ezért velük kapcsolatos avitaminózis ritkán fordul elő. A zsíroldható vitaminok közül az A-, E-, és K-vitamin részben vagy teljesen izoprén egységekből épül fel, a D-vitamin viszont a szteránvázas vegyületek csoportjába tartozik. A vízben oldható vitaminok (B 1-, B 2-, B 6-, B 12-, B 15-vitamin, nikotinsav, folsav, pantoténsav, biotin, C-, P- és U- vitamin) feleslegét a szervezet a vizelettel kiválasztja, ezért ezeket a táplálékkal rendszeresen fel kell venni. Biokémiai szempontból jellemző rájuk, hogy a biológiai oxidációt katalizáló enzimek koenzimjei vagy azok alkotórészei. Nincsenek provitaminjaik, és a velük kapcsolatos hiánytünetek gyorsan lépnek fel. A vitaminokon kívül nélkülözhetetlenek még a szervezet számára az esszenciális aminosavak és zsírsavak, valamint az inozit, a kolin és a liponsav, amelyeknek ugyancsak az élelmiszerekkel kell a szervezetbe jutni. Mivel a vitaminok többsége érzékeny az oxidációra, a magas hőmérsékletre és a fényre, valamint mivel kémiai összetételüket tekintve rendkívül sokfélék, ezért meghatározásuk összetett analitikai feladat. Analízisük általában szerves oldószerrel (zsíroldható vitaminok) vagy vízzel és pufferoldattal (vízoldható vitaminok) való extrakcióval kezdődik, tisztítási lépésekkel folytatódik, majd általában kromatográfiás (legtöbbször nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás) módszerrel történik. 8

17 7. fejezet - Természetes színezékek A természetben előforduló növényi és állati szervezetek színét adó vegyületek a színezőanyagok. A karotinoid színezékek a magasabb rendű növények lipidjeiben oldva előforduló sárga, narancssárga, vöröses és ibolyás színt adó vegyületek. Legtöbbjük izoprénből levezethető, 40 szénatomos vegyület, amelyekre jellemző a konjugált kettős kötés és a transz konfiguráció. A kinonszármazékok közül legelterjedtebbek a benzo-kinonok és a naftokinonok, amelyek narancs- és vörös színű anyagok. A magasabb rendű növényekben megtalálható flavonoidok színtelen, sárga, narancssárga, piros, ibolya és kék színhatású vegyületek. A pirrolszínezékek közül a gyűrűs tetrapirrol-származékok a legjelentősebbek, amelyek a sárga, a vörös, a zöld és a kék szín kialakításához járulnak hozzá. A legismertebb e csoportba tartozó vegyületek a hemoglobin és a mioglobin, valamint a forbinvázas vegyületek csoportjába tartozó klorofill és származékai. Az egyéb természetes színezékek közül említést érdemelnek a melaninok, a betalainok, a betaxantin, a betacianin, valamint a tanninok. 9

18 8. fejezet - Íz- és aromaanyagok A zamat ( flavor ) a táplálék fogyasztásakor kialakuló többféle érzet összességét jelenti. Az íz, a szag és a szerkezet érzékelésének együttese határozza meg az ételek, italok zamatát. Az íz kialakításában szerepet játszó anyagok többnyire szobahőmérsékleten nem illékonyak, és ezért csak az íz-receptorokra képesek hatni. A termék illatát kialakító élelmiszeralkotók már illékony molekulák, ezeket aromaanyagoknak nevezzük. Az íz- és az aromaanyag kategóriák nem átjárhatatlanok; egyes vegyületek mindkét fajta érzetet képesek kiváltani. Az ismertté vált illóanyagok száma rendkívül nagy, azonban csak korlátozott számban vesznek részt az aroma kialakításában; az aroma-aktív anyagok közül is csak azok, melyek az illatküszöb feletti mennyiségben vannak jelen. Azonban arra is van példa, hogy több küszöbérték alatti koncentrációban jelenlévő illóanyag együttesen már képes hozzájárulni a termék aromájához. A kulcsfontosságú illatanyagok ( key odorants ) azokat a molekulákat jelentik egy adott élelmiszerre vonatkoztatva, melyek döntő szerepet vállalnak jellegzetes illatának kialakításában. A kedvezőtlen illatú vagy szagú anyagokat off-zamatanyagoknak hívjuk ( off-flavors ). Ennek a fogalomnak a használata az adott élelmiszertől is függhet: ugyanaz a molekula hozzájárulhat egy adott étel megszokott illatához vagy ízéhez, míg egy másik terméknél nemkívánatos hatást válthat ki. Az íz-intenzitást definiálni lehet egyrészt úgy, hogy meghatározzuk a vizsgált molekula felismerési küszöbét (azt a legkisebb koncentrációt, melynél már érezhető az édes íz), de mérhető az u.n. azonos mértékben édes koncentráció alapján (a vizsgált cukor oldatának azon töménysége, amely azonos mértékű édes ízérzetet vált ki, mint a referenciacukor adott koncentrációjú oldata). Többnyire a répacukrot használják referencia-anyagként. Gyakorlati alkalmazásra az utóbbi módszer jobban bevált. Az egyes édes komponensek íz-intenzitása tág határok közt változhat. Az íz jellegét és intenzitását befolyásoló fontosabb tényezők: a kémiai szerkezet, az élelmiszer hőmérséklete, ph-ja valamint egyéb édes és nem-édes komponensek jelenléte a mátrixban. Az illatküszöb egy adott vegyület legkisebb koncentrációja, amelynél már fel lehet ismerni az illatát. A detektálási küszöb az a töménység, mikor már detektáljuk a komponenst, de az aroma jellege még felismerhetetlen. Mindkét érték megállapítható csupán szaglással (ortonazális érték), vagy az étel szájba vételével, mikor az illatanyagok a szájból kerülnek az orrüregbe (retronazális érték) és a két érték jelentősen különbözhet. A küszöbérték függ a molekula szerkezettől, a szaglószervi sajátságoktól, de az adott élelmiszer többi anyagától (a mátrixtól) is. A közeg és a hőmérséklet hatást gyakorol a komponensek gőznyomására és ezáltal az érzékelés meglétére vagy hiányára, továbbá több illatgeneráló anyag együttes jelenléte más hatást fejthet ki, mintha csak külön-külön lennének jelen a termékben. Több aromaanyag jelenlétében érvényesül az u.n. additív hatás. Hasonló illatú komponensek együttes intenzitása többnyire elmarad attól, mintha az egyedi intenzitásokat összegeznénk. Különböző illatjegyeket viselő komponensek jelenlétekor két eset lehetséges. Amennyiben hasonló az aroma-intenzitásuk, az aromaprofilt az egyes komponensek jellegének összessége alakítja ki. Amikor egy adott vegyület illat-intenzitása a domináns, ez elnyomja a többi anyag aroma-jellegét. A fentiekből következik, hogy azonos illatanyagokat tartalmazót élelmiszerek aroma-profilja változhat annak függvényében, hogy az aromaanyagok milyen koncentrációarányban vannak jelen. Ez a helyzet akkor is előállhat, mikor az ételkészítés módja megváltozik, ezáltal az aromaanyagok egyensúlya megbomlik, és az élelmiszer illata már nem a megszokott lesz. A nemkívánatos off-zamatanyagok származhatnak az állati vagy növényi eredetű nyersanyagból, vagy kialakulhatnak az élelmiszergyártás termikus vagy fermentációs műveletei során. A hosszú időn keresztül történő tároláskor tisztán kémiai változások (pl. lipid oxidáció, Maillard reakció) vagy mikrobiális romlás is felelős lehet kialakulásukért, pl. a szkatol fekáliaszagú aromaanyag, míg a 2-metizoborneolnak földszerűposhadt aromája van. Mindkettő vegyület mikrobiális tevékenység eredményeképpen jön létre, és gyakran előfordulnak azokban az élelmiszerekben, ahol kellemetlen, sertésre jellemző szagot érzékeltek a fogyasztók. A nemkívánatos zamatanyagok nem minden esetben olyan idegen anyagok, melyek eredetileg nem voltak jelen az élelmiszerben. Az organoleptikus sajátságok nagyban megváltozhatnak, ha a kulcsfontosságú illatanyagok mennyisége lecsökken, vagy az egyes komponensek koncentráció-aránya megváltozik. A fontosabb illatanyagok csoportosíthatók képződési reakcióik (enzimes, nemenzimes, vagy mindkettő) vagy kémiai szerkezetük alapján. A nemenzimes reakciók (pl. a lipid oxidáció vagy a Maillard reakció egyes részfolyamatai) jelentős változást okozhatnak tároláskor, még alacsony hőmérsékleten is, amennyiben a tárolási idő hosszú. A hőkezelések (pl. sütés) felgyorsítják a folyamatokat. Az élelmiszer felületének kiszáradása után a hőmérséklet gyorsan emelkedik 10

19 Íz- és aromaanyagok és a szénhidrátok, fehérjék, zsírok és sok egyéb anyag (pl. fenolos savak) pirolitikusan elbomlanak. A nemenzimes reakciókra jellemző, hogy viszonylag kisszámú kiindulási anyagból nagyon sokféle termék keletkezik, mindazonáltal a létrejött aroma-aktív anyagok koncentrációja gyakran még erőteljes kezelések esetés sem éri el az illatküszöböt. Fentiekből adódik, hogy a hőkezelt élelmiszerek illóanyagai közül aránylag kevés válik aromakomponenssé. A karbonil komponensek legfontosabb reakciói a lipid oxidáció, a karamellizáció és az aminosavak Streckerdegradációja. A piranon vegyületek szénhidrát prekurzorokból keletkeznek, és karamellszerű illatuk van. Elfedik a komló (vagy a kóla) keserű zamatát, és helyette édes ízt adnak a terméknek. A furanon vegyületek a Maillard reakció másodlagos folyamatainak termékei. A norfuranol a húsleves főzésekor is kialakul, és pirított, cikóriaszerű, karamell-jellegű aromajegyeket mutat. A kéntartalmú aminosavakból, monoszacharidokból és tiaminokból tiolok, tioléterek, di- és triszulfidok keletkeznek. Aromájuk lehet egyaránt kedvező, vagy kedvezőtlen. A tioloknak intenzív illatuk mellett további illékony anyagok prekurzoraiként is jelentőségük van, például a Maillard reakcióból származó diketonokkal merkaptoalkánokat képeznek, melyeknek fontos szerepük van a hús-aroma kialakításában. A tiazolok ciszteaminból és 2-oxopropanalból keletkeznek. A főtt hús jellegzetes aromakomponensei, de a hőkezelt tej, a sör és a kávé aromájának kialakításában is részt vesznek. A pirrolok és a piridinek N-tartalmú heterociklusos vegyületek, némely származékaik szükségesek a pörkölt aroma kialakításához. Az illat- és aromaanyagok analízisének lépései az élelmiszer minta előkészítése, az illat- és aromaanyagok kivonása, tisztítása, koncentrálása desztillációval vagy extrakcióval, majd következik a komponensek szétválasztása és meghatározása gázkromatográfiával, nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával vagy vékonyréteg-kromatográfiával. 11

20 9. fejezet - Az élelmiszer-tudomány szempontjából legfontosabb enzimek Az oxidoreduktázok hidrogén- vagy elektronátvitelt és oxigénbevitelt katalizáló enzimek, amelyek elsősorban az energia-felszabadító folyamatokban vesznek részt. Közéjük tartoznak a piridinenzimek, a flavinenzimek, a heminenzimek és az oxigenázok. A transzferázok különböző atomcsoportok, gyökök átvitelét katalizálják a szubsztrátból egy másik molekulára. Az átvitt csoport lehet foszfátgyök, szulfátgyök, metilgyök, cukorrész, aminocsoport, nukleotidrész és más egyéb vegyület is. Fontos szerepet töltenek be az erjedési folyamatokban, a gyümölcsérésben és az aromaképződésben. Legfontosabb transzferázok a foszfotranszferázok, a glikozil transzferázok és az aminotranszferázok. A hidrolázok szubsztrátjuk kovalens kötéseit víz segítségével revezíbilis reakciókban bontják, ennek ellenére a hidrolázok főként a lebontási folyamatokban vesznek részt. Élelmiszer-tudományi szempontból legfontosabb hidrolázok az észterázok, a glikozidázok, a proteázok, az amidázok, az amidinázok és a savanhidrid hidrolázok. A liázok C-C, C-O, C-N kötéseket bontanak nem hidrolízissel, és nem redoxfolyamattal, amelynek következtében a reakciótermékek egyike mindig kettős kötést tartalmaz. A telítetlen szubsztrátokba is képesek atomcsoportokat beépíteni; szerepük van a biológiailag aktív vegyületek szintézisében és az intermedier anyagcserében. Az izomerázok a szubsztrát összetételének megváltoztatása nélkül a molekulán belüli szerkezetváltozást katalizálják. Az izomerizáció típusa alapján ismerünk racemázokat és epimerázokat, cisz-transz izomerázokat, intramolekuláris oxidoreduktázokat, -transzferázokat, -liázokat és egyéb liázokat, amely enzimek az átvitt csoport kémiai jellegében, illetve a szubsztrát összetételében különböznek egymástól. Élelmiszer-ipari szempontból közülük a cukor izomerázok a legjelentősebbek. A ligázok két molekula összekapcsolódását katalizálják, ATP vagy más nukleozid-trifoszfátok energiájának felhasználásával. Az élő sejtekben lejátszódó anyagcsere kulcsenzimei, amelyek minden, energiát igénylő szintézis katalízisében részt vesznek. A létesített kötéstípus alapján lehetnek C-O, C-S, C-N és C-C-kötést és foszfátésztereket létesítő enzimek. Az enzimek mennyiségét a katalizált reakció kezdeti sebességéből vagy a szubsztrát átalakulásának felezési idejéből számíthatjuk. Az enzimreakció meghatározott szubsztrátkoncentrációra, hőmérsékletre, ph-ra és kofaktorok, ionok, védőanyagok jelenlétére vonatkozik, ugyanis ezen tényezők az enzimreakciók sebességét jelentős mértékben megváltoztathatják. Az enzimaktivitás mérésénél vagy valamilyen színes termék, vagy a reakcióban (esetleg kapcsolt reakcióban) keletkezett NAD +, illetve NADH+H + koncentrációjának változását mérjük, amelyből az enzim aktivitása számolható. 12

21 10. fejezet - Élelmiszertechnológiai adalékok. A tartósítószerek, az antioxidánsok, az ízesítőanyagok, a mesterséges színezékek, az állományjavító-anyagok és a tápértéket növelő anyagok A tartósítószerek az élesztők, a penészek és a baktériumok életműködését már kis koncentrációban is gátolják. Adszorpcióval megkötődnek a mikroorganizmus felszínén, majd a sejtmembránon áthaladva a protoplazma enzimfehérjéit módosítják, megzavarva a mikroba anyagcseréjét. A legfontosabb szervetlen tartósítószer a kéndioxid, a kénessav, a kénessavas sók, valamint a piroszulfit. A szerves tartósítószerek közül a legismertebb a hangyasav, a propionsav, a szorbinsav, a benzoesav, a p-hidroxi-benzoesav és észterei, a szalicilsav, a piroszénsavas észterek, a difenil és az o-fenil-fenol. Tartósításra használhatók ezenkívül még bizonyos antibiotikumok és fitoncidok is. Az antioxidánsok az oxidációt katalizáló fémnyomok megkötésével, valamint a zsiradék oxidációjának gátlásával megakadályozzák annak romlását. Az antioxidánsok egyrészt megkötik a romlást előidéző szabad gyököket, másrészt a peroxidokat hidroxi-vegyületekké redukálják. A legfontosabb természetes antioxidánsok a tokoferolok, a karotinoidok és az aszkorbinsav; a mesterséges antioxidánsok közül legjelentősebbek a galluszsav észterei és a fenolos antioxidánsok (BHA, BHT). Az ízesítő és zamatosító alkotórészek javítják egyes élelmiszerek élvezeti értékét, növelik az élelmiszer eredeti íz- és aromakészletét, esetleg átformálják azt. A szénhidrát alapú, édes ízű adalékok mellett egyre nagyobb szerepük van az energiamentes természetes és mesterséges édesítőszereknek. A sós ízt okozó nátrium-klorid kiváltására csökkentett nátriumion-tartalmú anyagokat hoznak forgalomba. A keserű ízű vegyületek az alkaloidok, a glikozidok és a cserzőanyagok, a savanyú íz pedig a hidrogénion és a disszociálatlan sav együttes koncentrációjának függvénye. A fűszerek adják ételeink jellegzetes ízét és zamatát, amelyek nélkül ma már az élelmiszerek elképzelhetetlenek. A mesterséges színezékeket a feldolgozás során, illetve a termék tárolása alatt fellépő színveszteségek ellensúlyozására használják. Olyan, a fogyasztó számára teljesen közömbös anyagok tartoznak e csoportba, amelyek segítségével a színskála bármelyik színét elő lehet állítani. A nagy víztartalmú anyagok konzisztenciájának fenntartására, a nagy zsírtartalmú rendszerek stabilizálására állományjavító anyagokat használunk, amelyek lehetnek szénhidrát és fehérje alapú gélképzők, szervetlen állományjavító anyagok és emulgeátorok. A szénhidrát alapú gélképzők közül a pektin, az agar, az alginátok, a keményítő és származékai, valamint a cellulózszármazékok a legfontosabbak. A legismertebb fehérje alapú gélképző a zselatin, a kazein és a szójafehérje. Szervetlen állományjavító a konyhasó és a polifoszfátok, míg az emulgeátorok közül természetes eredetű a lecitin és a kefalin, valamint a mesterségesen előállított mono- és digliceridek, a laktil-tejsav-, a cukor- és a szorbitán-észterek használatosak az élelmiszer-előállítás folyamán. Az élelmiszerek tápértékét vitamindúsítással, fehérjekomplettálással, makro- és mikroelemkiegészítéssel lehet növelni. A bor kénessavtartalmát jodometriás titrálással, a hangyasavtartalmat brómecetes átalakítást követően jodometriásan, a benzoesav-tartalmat redukciót követően fotometriásan, a szorbinsav-tartalmat 2- tiobarbitursavval fotometriásan, a szacharin- és ciklamáttartalmat vékonyréteg-kromatográfiával, UVdetektálással, illetve gravimetriásan határozhatjuk meg. A mesterséges élelmiszer-színezékeket leggyorsabban vékonyréteg-kromatográfiával elemezhetjük, de szóba jöhet meghatározásuknál a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia is. 13

22 11. fejezet - Mérgező anyagok A mérgek az emberi szervezetre már kis adagban is ártalmasak, átmenetileg vagy tartósan kóros állapotot alakítanak ki, és súlyos esetben halált is okozhatnak. A mérgező anyagok a nyersanyagok természetes alkotórészeiként, mikroorganizmusok toxinjaiként, növényvédőszer-maradékként, technikai vagy környezeti szennyezésként juthatnak a tápcsatornába, a bőrfelületen vagy légutakon keresztül a szervezetbe. A természetes mérgek kémiai szerkezetük alapján lehetnek alkaloidok, aminosav-származékok, illóolajok és antinutritív anyagok. Ezen utóbbiak nem közvetlenül mérgező hatásúak, de rendszeresen bejutva a szervezetbe, káros elváltozásokat okozhatnak. A mérgező alkaloidok közül legismertebbek a ricinin, a lupin-alkaloidok, továbbá a gombamérgek (muszkarin, iboténsav, muszcimol), és az utóbbi években pszichotróp hatású gombaalkaloidokat is felfedeztek. A mérgező aminosav-származékok közül legjelentősebbek a fallo- és amatoxinok, a lektinek és a fazin. A mérgező glikozidok lehetnek ciántartalmúak (amigdalin, fazeolunatin), szteránvázasok (szolanin, tomatin, szaponin) és mustárolaj glikozidok (szinigrin, szinalbin). A mérgező illóolajkomponensek legjellegzetesebb képviselői a szafrol, a miriszticin és a kumarin. Az antinutritív anyagok közül a tripszin- és a kimotripszininhibitorok, a fitinsav, az α-galaktozil-oligoszacharoidok, a vicin és a konvicin, a cseranyagok és a fitoösztrogének bírnak gyakorlati jelentőséggel. A mikroorganizmusok által termelt mérgek lehetnek baktériumtoxinok és mikotoxinok. A baktériumtoxinok által okozott élelmiszer-mérgezések közül legsúlyosabb a botulizmus és a sztafilokokkuszos ételmérgezés, gyakran előfordul a szalmonellás ételfertőzés, és a biogén-aminok is súlyos egészségkárosodást okozhatnak. A mikotoxinok közül hazánkban legnagyobb jelentőséggel a Fusariumok által termelt zearalenon- és trichotecén-mikotoxinok bírnak, de súlyos mérgezést okozhatnak az aflatoxinok, az ochratoxinok és a patulin, valamint egyes neurotoxinok, amely utóbbiak bénítólag hatnak a központi idegrendszerre. A peszticidek egy része a táplálkozási lánccal eljuthat az emberi szervezetbe is, ahol mérgező hatást fejthet ki. Az inszekticidek közül legveszélyesebbek a klórozott szénhidrogének, a szerves foszforvegyületek, a fenolészterek és a foszfitszármazékok. A fungicidek közül a ditiolkarbamátok és a ftálimidek veszélyesek, a herbicidek pedig jobbára csak kellemetlen szagot és ízt okoznak az élelmiszer-ipari feldolgozás során. Az állattenyésztési és gyógyászati maradékok közül veszélyesek lehetnek az antibiotikum-maradványok, amelyek a rezisztencia kialakulását segíthetik elő, és a hormonhatású anyagok, amelyek megzavarhatják az emberi szervezet hormonháztartását. Fentieken túl jelentőséggel bírhatnak még a környezetből eredő toxikus fémszennyeződések, a műanyagokból kioldódó mérgek és a szennyezett természeti környezet ártalmas komponensei. A fémszennyeződések közül legjelentősebb az ólom, a kadmium és a higany, amely utóbbi főleg szerves higanyvegyületek formájában kerül az élelmiszerbe. A csomagolásra használt műanyagból mérgező monomerek, stabilizálók és töltőanyagok oldódhatnak ki. A szennyezett környezetből policiklikus aromás szénhidrogének, nitrózaminok, poliklórozottbifenilek kerülhetnek élelmiszereinkbe, és környezetünk különböző sugárzásai is nemkívánatos elváltozásokat okozhatnak. 14

23 12. fejezet - Legfontosabb élelmiszereink és azok összetétele 1. Tej és tejtermékek A tej tulajdonképpen egyféle olaj-a-vízben emulziónak is tekinthető, amely a következő diszpergált részecskéket tartalmazza: zsírgolyócskák, kazein micellák, globuláris fehérjék (savófehérjék), lipoprotein részecskék (mikroszómák) és szomatikus sejtek (leukociták). Az ásványi anyagok és a szénhidrátok oldott állapotban vannak jelen. A tej színét befolyásolja a zsírgolyócskákon kívül a fehérje micellák fényabszorpciója és fényszórása is (a fölözött tej is fehér színű). A tej sárgás színe a takarmány eredetű karotinoidoknak köszönhető. Enyhén édes ízét a laktóz biztosítja. Az egyes fehérjefrakciók aránya faj- és fajtafüggő. A kazeinnek számos frakciója (α, β, γ, κ) és alfrakciója létezik. A savófehérjék a következő fő komponensekből állnak: α-laktalbumin, β-laktoglobulin, szérumalbumin, immunoglobulinok (G 1, G 2, A, M) és proteóz-pepton frakció. A kazein túlnyomó hányada nm-es komplexekbe tömörül, melyet kazein micellának nevezünk. Az alegységek (szubmicellák) kazein monomerekből állnak és kalcium-foszfát hidakkal kapcsolódnak egymáshoz. A κ-kazein a szubmicellák felületén helyezkedik el és anionos jellege miatt elektrosztatikus taszítás révén meggátolja a kazein micellák koagulációját. Az oltóenzim (kimozin, rennin) a κ-kazein peptidláncát para-κ-kazeinné és glikopeptiddé hasítja. Az apoláros jellegű para-κ-kazein a felszínen marad és az így kialakuló hidrofób kölcsönhatások adják a gélképződés hajtóerejét. A savas alvasztás során a kazein kicsapódása más módon zajlik. Sav hatására a micellaszerkezet a kalcium-foszfát és a kazein-monomerek vándorlása miatt változik meg. Mivel a micella mérete gyakorlatilag konstans, ez a komponensvándorlás azzal jár, hogy a micella megduzzad, majd szétesik, ezt követően a szétoszlatott kazein újra összeáll, és gélhálózat alakul ki. A tej fő szénhidrátja, a laktóz, kevésbé édes ízű, mint a fruktóz, glükóz vagy a szacharóz. A glükóz, az aminocukrok és az oligoszacharidok szintén jelen vannak kis mennyiségben. A laktulóz melléktermékként keletkezik laktózból a tej hőkezeléssel történő tartósítása során. A laktóz-intoleranciában szenvedő emberek számára készül a laktózmentes tej. Ennél a terméknél a laktózt β- 1,4-galaktozidáz enzimmel glükózzá és fruktózzá hidrolizálják. A tejzsír 0,1-10 μm-es cseppecskék formájában van jelen a tejben, melyek túlnyomó hányadát (95-96%) trigliceridek adják. A triglicerid-tartalmú lipid magot foszfo- és glikolipid-tartalmú membrán és kettős fehérjeréteg veszi körül. A zsírgolyócskák membránfehérjéi (MFGM milk fat globule membrane fehérjék) az arra érzékeny egyedeknél egészségre ártalmasok lehetnek. A tej a homogénezés során nyomás alatt áramlik át egy szűk résen. A turbulencia, a kavitáció és a nyíróerő hatására a zsírgolyócskák kisebb cseppecskékre esnek szét (<1 μm), és a tejszín akkor sem válik ki, ha a tejet hosszú ideig tárolják (nincs felfölöződés). A zsírgolyócskák membránja segít megelőzni a lipolízist. A homogénezés hatására a zsírgolyócskák fajlagos felülete megnő, és membránjaik kialakításában a kazein és az enzimfehérjék is részt vesznek. A zsírgolyócskákhoz kötődő lipázok a triglicerideket hidrolizálják, melyek bomlástermékei avas jellegű off-aromákká alakulhatnak tovább, ezért van szükség a tej homogénezés előtti pasztőrözésére. A kérődzők tejzsírjában viszonylag nagy arányban találhatók meg a rövid szénláncú zsírsavak. A linolsav aránya viszonylag kicsi, mivel a takarmányban még meglévő linolsav túlnyomó hányada hidrogéneződik a bendőben; azonban mikrokapszulázással növelhető ennek a zsírsavnak az aránya a tejzsírban. A páratlan szénatomszámú, elágazó láncú és oxo-zsírsavak kis mennyiségben szintén jelen vannak. A tej fontos forrása a retinolnak (A-vitamin), riboflavinnak (B 2-vitamin) és kobalaminnak (B 12 -vitamin), valamint jelentős kalcium- és foszfor-forrás. Egy felnőtt napi szükséglete a fentiekből mindössze 7dl tej fogyasztásával fedezhető. A tejből jó a kalcium-abszorpció hatékonysága, mivel a kalcium főként fehérjéhez kötött formában van jelen, és a laktóz, a D-vitamin valamint a citromsav jelenléte is elősegíti felszívódását. A tartósítási célból alkalmazott hőkezelési eljárások az értékes tejalkotók mennyiségi csökkenéséhez vezethetnek, de a veszteség nagyban függ attól, hogy a termék milyen mértékű hőterhelést kap. Míg a sterilezés 15

24 Legfontosabb élelmiszereink és azok összetétele a tiamin, piridoxin, cianokobalamin, folsav és aszkorbinsav %-os veszteségével jár, a pasztőrözés vagy UHT-eljárás során tapasztalt veszteség sokkal mérsékeltebb (0-30%). A sterilezés során jelentősek a laktóz és a szabad amino csoporttal rendelkező komponensek között reakciók (Maillard reakció). A fenti folyamat a hidroximetilfurfurol (HMF) szintjének növekedésével, vagy a tej barnulásával követhető nyomon. Hidroxi- és keto-zsírsavak jelenlétében egyaránt kialakulhatnak kellemes illatú δ-laktonok, vagy nemkívánatos szagú metil-ketonok. Erőteljes hőbehatásra a kalcium-foszfát a kazein-micelák és a zsírgolyócskák felületén kicsapódik, amely a zsírszeparációs tulajdonságok megváltozásával jár együtt. A hőkezelés hatására tiol-diszulfid kicserélődési reakció is végbemehet a κ-kazein és a β-laktoglobulin között, ezáltal a κ-kazein kisebb hajlandóságot mutat az oltóenzimes hidrolízisre, és az oltós alvasztás ideje elhúzódik. A kazein nem különösebben érzékeny a magas hőmérsékletre, viszonylag nagy hőbehatás szükséges ahhoz, hogy koaguláljon. A nátrium- vagy kalciumkazeinát oldatok defoszforilezése 120 C-on 5 órát vesz igénybe. A ph-érték fontos szerepet játszik a kazein koagulációs sajátságait illetően, mivel kisebb ph-n a koagulációhoz szükséges hőmérséklet is kisebb. A savófehérje kicsapódását a hőmérséklet és a ph is lényegesen befolyásolja. Magasabb hőmérsékleten vagy hosszabb ideig tartó hőkezelés során a savófehérjék kicsapódnak. A kazein és savófehérjék együttes kicsapásával u.n. koprecipitátum készíthető. Ilyenkor először hővel kicsapják a savófehérjéket, majd ezt követően megsavanyítják a tejet, hogy a kazein is kicsapódjon. Ez a folyamat fontos pl. egyes túróféleségek gyártásánál. 2. Hús és hústermékek A hús fogalma többféleképpen definiálható. Élelmiszer-hatósági szempontból melegvérű állatok emberi fogyasztásra alkalmas része friss vagy tartósított formában. Általánosságban: több-kevesebb zsírszövetet is tartalmazó harántcsíkos izomszövet. Táplálkozási szempontból tekintve a hús értékes fehérje-, zsír-, vitamin- és ásványianyag-forrás, alacsony szénhidráttartalommal. A szerves savaknak a hús jellegzetes aromájának a kialakításában van szerepük. A hús átlagosan 76% nedvességet tartalmaz. A szárazanyag összetevői közül a fehérje viszonylag nagy arányban fordul elő (átlagosan a szárazanyag 89%-a) azonban ez az érték a zsírtartalom nagy varianciája miatt nagy szóródást mutat. A hús kémiai összetétele függ a genetikai tényezőktől (faj, fajta), a takarmányozástól, kortól, nemtől, és a karkaszon belül is változó. A húsok színében tapasztalható eltérés a mioglobin-tartalom különbözőségére, valamint a kötőszövet eltérő arányára vezethető vissza. A fehér húsok (baromfi és hal) miofibrillumban gazdagok és kevés szarkoplazmát tartalmaznak, míg a vörös húsokban a szarkoplazma aránya nagy a miofibrillumokhoz képest. Az izomszövet fehérjéi három csoportba oszthatók: az izom-összehúzódásban részt vevő fehérjék, melyek tömény sóoldatokkal extrahálhatók, a vízoldható fehérjék, valamint a kötőszövetben és a membránban jelenlévő oldhatatlan fehérjék. Az első csoportba tartozik a miozin, az aktin, a tropomiozin, a troponin és a titin. A vízoldható fehérjék csoportjának legfontosabb képviselői az enzimek és a mioglobin. Amennyiben az oxigén parciális nyomása magas, a jelen lévő oximioglobin adja a friss hússzeletek világospiros színét. Amennyiben az oxigén parciális nyomása alacsony, az oxidáció lassú, és barna metmioglobin képződik. Az oldhatatlan fehérjék csoportjába főként kötőszöveti fehérjék tartoznak. A kollagén az emlősök fehérjekészletének mintegy 20-25%-át teszi ki. A kollagén a post mortem változások során a glükózból keletkező tejsav hatására denaturálódik, és a lizoszomális enzimek bontják le (pl. a lizoszomális kollagenáz és katepszin B 1). Az intakt kollagén hő hatására zsugorodik. Mikor a hőmérséklet meghalad egy határt, a kollagén fibrózus szerkezete random coil szerkezetté alakul, és az oldhatóság megnő. A zselatinizációnak (a kollagén zselatinná alakulásának) mértéke a hús főzése és sütése során függ az állat korától (a kollagén keresztkötések mértékétől); valamint a kezelés során alkalmazott körülményektől (hőmérséklet, idő, nyomás). A csontokból és bőrből származó zselatint gélképzőként hasznosítják. 16