Élelmiszer-kémia Csapó, János Csapóné Kiss, Zsuzsanna

Átírás

1 Élelmiszer-kémia Csapó, János Csapóné Kiss, Zsuzsanna

2 Élelmiszer-kémia Csapó, János Csapóné Kiss, Zsuzsanna Publication date 2003 Szerzői jog 2003 Csapó János Csapóné Kiss Zsuzsanna

3 Tartalom Ajánlás... xvii Bevezetés... xviii 1. A víz és az ásványi anyagok A víz A vízmolekula szerkezete és tulajdonságai A víz és a jég szerkezete, tulajdonságai Vizes oldatok Hidrátburok és kristályvíz A víz disszociációs egyensúlya, a víz ionszorzata, a ph és a poh A természetes vizek és az ivóvíz A víz keménysége és sómentesítése Ásványvizek és gyógyvizek A víz kötése az élelmiszerekben Az ásványi anyagok Fémes makroelemek és vegyületeik A nemfémes makroelemek és vegyületeik Mikroelemek Esszenciális mikroelemek Nem esszenciális mikroelemek Élelmiszerek nedvességtartalmának és ásványi alkotórészeinek meghatározása A nedvességtartalom meghatározása A nedvességtartalom meghatározása előszárítás nélkül A nedvességtartalom meghatározása előszárítással Az ásványi alkotórészek meghatározása A nyershamu és a sósavban oldhatatlan hamutartalom meghatározása Az ásványi alkotórészek meghatározása spektroszkópiai módszerekkel A víz és az ásványi anyagok összefoglalása A szénhidrátok Monoszacharidok A monoszacharidok kémiai reakciói Az oxocsoportok reakciói karbonilreagensekkel Az egyszerű cukrok oxidációja Monoszacharidok redukciója Glikozidképzés Éterképzés Észterképzés Cukoranhidridek és anhidrocukrok képződése intramolekuláris vízvesztéssel Reverzió Endiolképződés, izomerizáció A cukrok átalakulásai savanyú közegben A cukrok változásai bázikus közegben Karamellizáció Maillard-reakció Az élelmiszer-ipari szempontból fontosabb monoszacharidok ismertetése A triózok A tetrózok A pentózok A hexózok Monoszacharidszármazékok Dezoxicukrok Az aminocukrok Cukorészterek Cukoréterek iii

4 Élelmiszer-kémia Cukoralkoholok A monoszacharidok savszármazékai A glikozidok Oligoszacharidok Diszacharidok Triszacharidok Poliszacharidok Glükózpolimerek Fruktózpolimerek Mannánok Uronsavpolimerek Glükózamin-polimer Kevert poliszacharidok Szénhidrát-fehérje származékok A szénhidrátok biokémiai átalakulásai A szénhidrátok kimutatása és meghatározása A cukrok kimutatása és meghatározása Aldózok kimutatása Fehling-reakcióval és ezüsttükör próbával A cukrok mennyiségének meghatározása A monoszacharidok szétválasztása és meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A keményítő és meghatározása A keményítőtartalom kimutatása A keményítőtartalom meghatározása A nyersrost és a rostfrakciók, valamint a cellulóz és a hemicellulóz meghatározása A nyersrosttartalom meghatározása klasszikus módszerrel A rostfrakciók, valamint a cellulóz és a hemicellulóz meghatározása Van Soest szerint A szénhidrátok összefoglalása A fehérjék és felépítésük Az aminosavak Az aminosavak csoportosítása Az aminosavak fizikai tulajdonságai Az aminosavak kémiai tulajdonságai Peptidek A fehérjék Általános tulajdonságok (szerkezet, molekulatömeg, oldhatóság) A fehérjék kémiai reakciói, kapcsolódásai A fehérjék denaturálódása A fehérjék funkcionális tulajdonságai A fehérjék csoportosítása Fontosabb természetes fehérjék Új fehérjeforrások Élelmiszer-fehérjék átalakulása a feldolgozás és tárolás során A fehérjék biokémiai változásai Élelmiszerek D-aminosav-tartalma A nitrogén és különféle, nitrogéntartalmú anyagok meghatározása Dumas-féle égetéses módszer Kjeldahl-féle módszer Kjel-Foss automata a nitrogéntartalom meghatározására A valódifehérje meghatározása Az emészthető nyersfehérje-tartalom meghatározása Az emészthető nyersfehérje-tartalom meghatározása in vitro pepszines hidrolízissel Az emészthető nyersfehérje-tartalom meghatározása in vitro pepszintripszin-hidrolízissel A multienzimes módszer a fehérje in vitro emészthetőségének megállapítására iv

5 Élelmiszer-kémia A fehérje in vitro emészthetőségének meghatározása pankreatinos hidrolízissel és aminosav-analízissel A fehérje aminosav-összetételének meghatározása Az aminosavak meghatározása ioncserés oszlopkromatográfiával Az aminosav-összetétel meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával Az aminosav-összetétel meghatározása fotometriásan Egyéb módszerek a fehérje minőségének meghatározására Speciális kromatográfiás módszerek az egyes aminosavak meghatározására A szója hőkezeltségének megállapítása krezolvörös festékkötési próbával A karbamidtartalom meghatározása Az aminosavak, a peptidek és fehérjék összefoglalása A lipidek A zsírsavak Telített és telítetlen zsírsavak Helyettesített zsírsavak A zsírsavak fizikai tulajdonságai A zsírsavak kémiai tulajdonságai Acilglicerinek Az acilglicerinek fontosabb fizikai tulajdonságai Az acilglicerinek kémiai tulajdonságai Foszfo- és glikolipidek Diollipidek, zsíralkoholok, viaszok Szterinek Egyéb vegyületek Természetes zsiradékok A természetes zsiradékok fizikai tulajdonságai A természetes zsiradékok kémiai tulajdonságai Fontosabb természetes zsiradékok A lipidek biokémiai változásai A zsírok, az illózsírsavak, a zsírsavak és az antioxidánsok meghatározása A nyerszsírtartalom meghatározása A peroxidszám és a savszám meghatározása A zsír zsírsav-összetételének meghatározása gázkromatográfiásan Az illósavak meghatározása gázkromatográfiásan Antioxidánsok (BHT) meghatározása A lipidek összefoglalása A vitaminok A vitaminok általános jellemzése A vitaminok fogalma A vitaminok fiziológiai hatása A vitaminok felosztása Zsíroldható vitaminok A-vitamin D-vitamin E-vitamin K-vitamin Vízoldható vitaminok B 1-vitamin B 2-vitamin Nikotinsavamid B 6-vitamin Pantoténsav Folsavcsoport Biotin B 12-vitamin B 15-vitamin U-vitamin C-vitamin v

6 Élelmiszer-kémia Egyéb táplálkozási tényezők Nélkülözhetetlen (esszenciális) aminosavak Nélkülözhetetlen (esszenciális) zsírsavak Inozit Kolin Liponsav A provitaminok és a vitaminok meghatározása A karotin- és a xantofilltartalom meghatározása A zsíroldható vitaminok meghatározása Az A-vitamin-tartalom meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A D 3-vitamin meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával Az E-vitamin (α-tokoferol) meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A zsíroldható vitaminok szimultán meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A vízoldható vitaminok meghatározása A B 1-vitamin- (tiamin-)tartalom meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával, fluorimetriás detektálással A nikotinsavamid meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával Az aszkorbinsav-tartalom meghatározása Az U-vitamin-tartalom meghatározása automatikus aminosavanalizátorral A karnitin meghatározása fotometriával A vízoldható vitaminok szimultán meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A vitaminok összefoglalása Természetes színezékek Karotinoid színezékek A karotinoidok kémiai szerkezete A karotinoidok tulajdonságai Fontosabb karotinoidok Kinonok A kinonok kémiai szerkezete Ismertebb kinonok A flavonoid színezékek A flavonoidok kémiai szerkezete A flavonoidok fontosabb tulajdonságai Ismertebb flavonoid vegyületek Pirrolszínezékek Gyűrűs tetrapirrolszármazékok Lineáris pirrolszínezékek Egyéb természetes színezékek A természetes színezékek analízise A természetes színezékek összefoglalása Íz- és aromaanyagok A zamatanyagok általános jellemzése Ízanyagok Aromaanyagok A különböző illatanyagok Az íz- és aromaanyagok analízise Íz- és aromaanyagok összefoglalása Egyéb szerves vegyületek Alkoholok Egyértékű alifás alkoholok Többértékű alifás alkoholok Aromás alkoholok Fenolok, fenol-éterek, fenol-alkoholok vi

7 Élelmiszer-kémia Az egyértékű fenolok és származékaik Kétértékű fenolok és származékaik Oxovegyületek Az aldehidek Ketonok Szerves savak és származékaik Szerves savak Észterek Laktonok Az illóolajok Terpének Az illóolajok egyéb komponensei Alkaloidok Purinvázas alkaloidok Kondenzált piridingyűrűs alkaloidok Piridinvázas alkaloidok Indolvázas alkaloidák Néhány szerves vegyület meghatározása A bor alkoholtartalmának meghatározása A pálinka metil-alkohol-tartalmának meghatározása Az L-tejsav meghatározása enzimes analízissel A kávé koffeintartalmának meghatározása A tea csersavtartalmának meghatározása A dohány nikotintartalmának meghatározása Az egyéb szerves vegyületek összefoglalása Enzimek A kémiai reakciók lejátszódásának feltételei A reakciósebesség és a biokatalizátorok A reakciók kinetikája és a katalízis Aktivált állapot Enzimek-biokatalizátorok Az enzimreakciók sebessége Az enzimek elnevezése Az enzimek fajlagossága Az enzimműködés feltételei Enzimreakciók gátlása Enzimek irreverzíbilis gátlása Enzimek reverzíbilis gátlása Aktivátorok A szerkezet és a működés kapcsolata a biokatalízisben Aktív centrum szerepe a biokatalízisben A katalízis mechanizmusa A szerin-proteinázok működése A karboxipeptidáz működése A lizozim működése Enzimműködés és molekulaméret Enzimpreparátumok Az enzimműködés szabályozása Szabályozás kooperáció útján allosztérikus enzimek Szabályozás posztszintetikus módosítás útján, a kovalens kötések irreverzíbilis megszüntetése Proteináz inhibitorok Szabályozás reverzíbilis posztszintetikus módosítás útján Az élelmiszer-tudomány szempontjából legfontosabb enzimek Oxidoreduktázok Piridinenzimek Flavinenzimek Heminenzimek Oxigenázok Transzferázok vii

8 Élelmiszer-kémia Foszfotranszferázok Glikozil transzferázok Aminotranszferázok Hidrolázok Észterázok Glikozidázok Proteázok Amidázok és amidinázok Savanhidrid hidrolázok Liázok C C liázok C O liázok Izomerázok Cukor izomerázok Egyéb izomerázok Ligázok (szintetázok) Az enzimek kimutatása és meghatározása Az alanin aminotranszferáz (ALT) aktivitásának meghatározása Az aszparaginsav transzamináz (AST) aktivitásának meghatározása A glutamát dehidrogenáz (GLDH) aktivitásának meghatározása Az alkalikus foszfatáz (ALP) aktivitásának meghatározása Az α-amiláz aktivitásának meghatározása A laktáz (β-galaktozidáz) aktivitásának meghatározása A celluláz aktivitásának meghatározása A karboxipeptidáz A aktivitásának meghatározása A tripszin aktivitásának meghatározása A lipáz aktivitásának meghatározása A szója ureázaktivitásának meghatározása Az enzimek összefoglalása A reakciók lejátszódásának feltételei, reakciósebesség és biokatalizátorok, gátlások, a szerkezet és a működés kapcsolata Az élelmiszer-tudomány szempontjából legfontosabb enzimek összefoglalása Élelmiszer-technológiai adalékok Tartósítószerek A tartósítószerek hatásmechanizmusa Szervetlen tartósítószerek Szerves tartósítószerek Antibiotikumok Fitoncidok Antioxidánsok Természetes antioxidánsok Mesterséges antioxidánsok Ízesítőanyagok Édes ízű adalékok Sós ízű adalékok Keserű ízű adalékok Savanyú ízű adalékok A fűszerek hatóanyagai Mesterséges színezékek Állományjavító adalékok Szénhidrát alapú gélképzők Fehérje alapú gélképzők Szervetlen állományjavító adalékanyagok Emulgeátorok Tápértéket növelő adalékok Vitamindúsítás Fehérjekomplettálás Mikroelem-, makroelemkiegészítés Néhány tartósítószer és mesterséges színezék meghatározása A bor kénessavtartalmának meghatározása viii

9 Élelmiszer-kémia A hangyasavtartalom meghatározása A benzoesav-tartalom meghatározása A szorbinsavtartalom meghatározása Mesterséges színezékek meghatározása A szacharin és a ciklamát kimutatása és meghatározása A szacharin meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A ciklamátok mennyiségi meghatározása A tartósítószerek, az antioxidánsok, az ízesítőanyagok, a mesterséges színezékek, az állományjavító-anyagok és a tápértéket növelő anyagok összefoglalása Mérgező anyagok Természetes mérgek Mérgező alkaloidok Mérgező aminosav-származékok Mérgező glikozidok Mérgező illóolaj-komponensek Antinutritív anyagok A mikroorganizmusok által termelt mérgek Baktériumtoxinok Mikotoxinok Peszticidek Inszekticidek Fungicidek Herbicidek Állattenyésztési és gyógyászati maradékok Egyéb mérgek Fémszennyeződések Műanyagokból származó mérgek A szennyezett természeti környezet ártalmai Néhány mérgező anyag kimutatása és meghatározása A ciánhidrogén-tartalom meghatározása Olajos magvak kéntartalmú glükozinolát-tartalmának meghatározása A szója és a szójatermékek tripszininhibitor-aktivitásának meghatározása A mikotoxinok meghatározása A mikotoxinok meghatározása kémiai módszerekkel Az F 2-toxin-tartalom vizsgálata vékonyréteg-kromatográfiával Az F 2-toxin meghatározása gázkromatográfiával A peszticid- és herbicidmaradványok meghatározása A különböző fémnyomok kimutatása A mérgező anyagok összefoglalása Csomagolóanyagok Üveg Fémlemezek Acéllemez Alumínium Papír Műanyagok Csomagolásra alkalmas fontosabb műanyagok Egyéb műanyagok A csomagolóanyagok összefoglalása Tisztító- és fertőtlenítőszerek Tisztítószerek Szennyoldó anyagok Komplexképző tisztítószerek Felületaktív anyagok Egyéb tisztítószerek Fertőtlenítőszerek Klórtartalmú fertőtlenítőszerek Jódtartalmú fertőtlenítőszerek Kvaterner ammóniumvegyületek Amfolitszappanok ix

10 Élelmiszer-kémia A tisztító- és fertőtlenítőszerek összefoglalása Felhasznált és ajánlott irodalom Az élelmiszer-kémiában gyakrabban előforduló rövidítések x

11 Az ábrák listája 1.1. A vízmolekula geometriája és poláris kötései A vízmolekulák között kialakuló hidrogénkötések Az ionkristály oldása vízben A réz(ii)-szulfát pentahidrát szerkezete Az élelmiszerek táplálóértékének meghatározása A lángfotométer elvi felépítése A plazma és szerkezete A kisugárzott fény mérése polikromátoros (A) és monokromátoros (B) elrendezésben A vájtkatód lámpa felépítése Az atomabszorpciós fotométer felépítése A glicerinaldehid izomerei A glükóz és a fruktóz különböző módon írt képletei A glükóz mutarotációja A D-aldózok szerkezete és neve A félacetál szerkezet kialakulása A D-ketózok szerkezete és neve Az aldózok reakciója hidroxil-aminnal Az aldózok reakciója fenil-hidrazinnal A D-glükóz oxidációja D-glükonsavvá A fruktóz oxidációja A galaktóz oxidációja salétromsavval A galaktóz oxidációja tetrametil-származékon keresztül galakturonsavvá A keményítő oxidációja glükuronsavvá A D-glükóz és a D-fruktóz redukciója cukoralkohollá A különböző szerkezetű glikozidok Acetilészter-képzés ecetsavanhidriddel Cukorizomerek kialakulása dienolszerkezeten keresztül A cukrok átalakulásai savanyú közegben A trióz-redukton és az a-hidroxi-malonaldehid egyensúlya A cukrok átalakulásai lúgos közegben A glükóz oxidációja lúgos közegben A nem enzimes barnulás folyamatai Az aldózamin Amadori-átrendeződése A Maillard-reakció fő folyamatai Az aminosavak Strecker-lebontása (I.) és az aminoketon átalakulása (II.) Dezoxicukrok Aminocukrok A neuraminsav és a muraminsav valamint acetilezett származékaik A maltóz, az izomaltóz és a cellobióz A laktóz és a szacharóz Keményítőlánc részlete Az amilóz szerkezete Az amilózhélix szerkezete (egy-egy fordulat hat glükózegységből áll) Az elágazó szerkezetű poliszacharidok (amilopektin, glikogén) (az amilázzal hasítható glikozidkötéseket a nyilak jelölik; a négyzetek 1,6-kötéssel kapcsolódó glükózegységeket jelentenek, a mellettük lévő, feketével jelölt cukorrészek kötéseit az enzim már nem bontja; a háromszögek a redukáló végeket mutatják) Az amilopektin szerkezete Cellulózmolekula részlete A D-glükóz és a Cu 2+ -ionok reakciója A D-glükóz és az Ag + -ionok reakciója Cukrok, savak, alkoholok és cukoralkoholok szétválasztása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A rostfrakciók, valamint a cellulóz és a hemicellulóz meghatározásának menete Az aminosavak általános képlete Az aminosavak csoportosítása, megnevezései, képletei és rövidítései xi

12 Élelmiszer-kémia 3.3. Néhány fontosabb aminosavszármazék A nitrogén-anyagcserében résztvevő néhány különleges aminosav Néhány bioaktív aminosav-származék Királis, aszimmetriacentrummal rendelkező a) és egy akirális, aszimmetriacentrummal nem rendelkező b) molekula Az aminosavak ikerionos szerkezetének megváltozása a ph hatására A 0,1M koncentrációjú glicin titrálási görbéje (a satírozott terület a legnagyobb pufferkapacitású részeket jelöli) A glutaminsav nátrium-hidroxiddal való titrálása során lejátszódó folyamatok A hisztidin nátrium-hidroxiddal való titrálása során lejátszódó folyamatok Az aminosavak reakciója salétromossavval Az aminosavak reakciója formaldehiddel Az aminosavak reakciója ninhidrinnel Az aminosavak reakciója 2,4-dinitro-fluor-benzollal Az aminosavak reakciója danzil-kloriddal A cisztein és a cisztin reakciói A cisztein reakciója bisz-ditio-nitro-benzoáttal A diketopiperazin-kötés kialakulása A peptidkötés kialakulása A peptidkötés mezomériája A peptidkötés egy síkban elhelyezkedő atomjai (a); az egymást követő peptidkötések meghatározott szöget zárnak be (b) A peptidkötés merev és planáris, rotációs készsége minimális (az elfordulás helyeit a peptidláncban nyíl jelöli) A szabad rotáció akadályozott volta az oxigén és a hidrogén térbeli elhelyezkedése miatt A karnozin, valamint a glutation redukált és oxidált formája Az oxitocin, a vazopresszin és a bradikinin Az aminosav-szekvencia meghatározása Edmann-degradációval A β-szerkezetű lemez kialakulása párhuzamosan futó, feszített polipeptidláncokból (a szaggatott vonalak a hidrogénkötéseket jelölik) A jobbra forgató a-hélix szerkezet kialakulása (a szaggatott vonalak a hidrogénkötéseket jelölik) Kötéstípusok a fehérjeláncok között A hidrogénkötések előfordulási lehetőségei a fehérjeláncban A dehidroalanin kialakulása és reakciói A metionin oxidációja A triptofán oxidatív átalakulása N-formil-kinureninné A kéntartalmú oldalláncok oxidációjának lehetséges útjai Keresztkötések kialakulása a fehérjeláncok között Imid, észter és tioészter kötés kialakulása A dehidroalanin és a lizinoalanin A dehidroalanin keletkezése A lizinoalanin képződése Polifenol-fehérje reakciók semleges közegben A fitinsav szerkezete Polipeptidhíd két fitinsav-molekula között A PARNAS-féle ammóniadesztilláló készülék. 1. desztillálólombik, 2. kvarccső csatlakozás, 3. tölcsér, 4. szorítócsap, 5. vízhűtőköpeny, 6. gyűjtőpohár, 7. kondenzvízgyűjtő, 8. szorítócsap, 9. gyűjtőpohár, 10. tölcsér, 11. csap, 12. gőzfejlesztő lombik Élelmiszerek nitrogéntartalmú anyagainak osztályzása a kémiai szerkezet, valamint a meghatározás módszere alapján A takarmányok nitrogéntartalmú anyagai Az ioncsere mechanizmusa a műgyantán A fehérje hidrolízise Az aminosav-analizátor sematikus rajza Az aminosavak és a ninhidrin reakciója A fehérjealkotó aminosavak kromatogramja. A számokhoz tartozó aminosavak a következők: 1. aszparaginsav, 2. treonin, 3. szerin, 4. glutaminsav, 5. glicin, 6. alanin, 7. cisztin, 8. valin, 9. metionin, 10. izoleucin, 11. leucin, 12. norleucin belső standard, 13. tirozin, 14. fenilalanin, 15. hisztidin, 16. lizin, 17. ammónia, 18. arginin xii

13 Élelmiszer-kémia A fehérjealkotó aminosavak kromatogramja perhangyasavas oxidáció után. A számokhoz tartozó aminosavak a következők: 1. ciszteinsav, 2. metionin-szulfoxid, 3. metionin-szulfon, 4. aszparaginsav, 5. treonin, 6. szerin, 7. glutaminsav, 8. prolin, 9. glicin, 10. alanin, 11. cisztin, 12. valin, 13. metionin, 14. izoleucin, 15. leucin, 16. tirozin, 17. fenilalanin, 18. hisztidin, 19. triptofán, 20. ornitin, 21. lizin, 22. ammónia, 23. arginin Az aminosavak szétválasztása oszlop előtti származékképzés (OPA/merkaptoltanol) után, HPLC-vel Az aminosav-enantiomerek szétválasztása OPA/TATG származékképzés után A kismennyiségű D-aminosavak meghatározása a nagy mennyiségben jelen lévő L-aminosavak mellett Cisztintartalom meghatározása perhangyasavas oxidációval és gyorsított betáplálással A cisztin reakciója DTBNB-vel színes vegyület keletkezése közben A bázikus aminosav oldalláncok festékkötése A diamino-pimelinsav mennyiségének meghatározása ioncserés oszlopkromatográfiával, perhangyasavas oxidáció után A krezolvörös indikátor (C 22H 18O 5S; o-krezol-szulfoftalein) A sztearinsav és az olajsav Az olajsav és az elaidinsav A linolsav és a konjugált linolsav képlete A linolsav biológiai hidrogéneződése A konjugált linolsavak kialakulása linolsavból szabad gyökös reakcióval, illetve biológiai hidrogéneződéssel A telítetlen zsírsavak hidrogén-, oxigén-, víz- és jódaddíciója palmitil-2-sztearil-3-oleil-glicerin Mono- és diacilglicerinek kialakulása Lipidoxidáció szabad gyökös mechanizmus szerint A lipidoxidáció termékei A ketonavasodás reakciói A linolsav aldehides avasodása Az olajsav aldehides avasodása Diels-Alder-átalakulás A glicerin-3-foszfát és a foszfatidsav Az amfipatikus foszfoglicerid molekula. A lecitin poláros (bal oldali) és apoláros (jobb oldali) részből áll A lecitin és a plazmalogén szerkezetének összehasonlítása A szulfolipidek képlete A szfingozin és a szfingomielin képlete A diollipidek képlete A szteránváz A β-karotin képlete A mono-, di- és triacil-glicerin Az oleát hidroperoxidok képződésének mechanizmusa Az alkoxigyökök képződése Az aldehidek kialakulása A malondialdehid keletkezése Az epoxidok keletkezése A gázkromatográf elvi felépítése A triglicerid hidrolízisének, illetve észterezésének folyamata A telített és telítetlen zsírsavak standard kromatogramja Az illózsírsavak meghatározása gázkromatográfiával A különféle típusú antioxidánsok szétválasztása és meghatározása gázkromatográfiával (1. BHA, 2. BHT, 3. TBHQ, 4. etoxiquin, 5. ionox 100, 6. THBP, 7. propil-gallát) Az A 1- és az A 2-vitamin Az ergoszterin átalakulása ibolyántúli sugarak hatására A D 3-vitamin kialakulása A tokol és a tokoferolok K 1- és K 2-vitamin Az ubikinon B 1-vitamin (tiamin) Az izoalloxazin xiii

14 Élelmiszer-kémia 5.9. B 2-vitamin (riboflavin) A nikotinsav és a nikotinsavamid A nikotinsav bioszintézise triptofánból Piridoxál-foszfát A piridoxin vitaminhatású komponensei A pantoténsav és a pantetein A folsav A biotin és a biocitin A cianokobalamin A B 15-vitamin Az aszkorbinsav mesterséges szintézise D-glükózból Rutin Mioinozit Kolin Liponsav és dihidro-liponsav A zsíroldható vitaminok szétválasztása és meghatározása folyadékkromatográfiával. A szétválasztott vitaminok a következők: 1. menadion (K 3-vitamin), 2. retinol (A-vitamin), 3. retinol-acetát, 4. menakinon (K 2-vitamin), 5. d-tokoferol, 6. ergokalciferol (D 2-vitamin), 7. kolekalciferol (D 3-vitamin), 8. a-tokoferol (E-vitamin), 9. tokoferol-acetát, 10. fillokinon (K 1-vitamin) A vízoldható vitaminok meghatározása nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával A difenolok oxidációs átalakulásai Egy-egy fontosabb benzo-, nafto- és antrakinon színanyag Sárga színű antoxantinok A sárga kalkon és auron képlete A porfinváz A protohem és a protohemin-klorid szerkezete A forbinváz és a klorofill-a szerkezete Az édes ízhatás kialakulása a kloroform, a szacharin és a D-glükóz esetében A kreatin és a kinin-klorid A legismertebb ízfokozók A friss fokhagyma fő aromaanyagának képződése A tejsavbaktériumok heterofermentatív metabolizmusa során keletkezett illatkomponensek A friss tengeri halak fontosabb aminvegyületeinek szintézise mikrobiológiai úton A tiazolinképződés főtt marhahúsban Aromás alkoholok Egyértékű fenolok Kétértékű fenolok C 1 C 7 nyílt szénláncú, telített aldehidek Diacetil (2,3-butándion) A tejsav, az almasav és a citromsav A borkősav izomerjei Aromás savak alkilsavakkal képzett észterei Fenol-karbonsav-észterek Aciklikus, monociklikus, biciklikus monoterpének és egy monociklikus szeszkviterpén A fitol Az alkaloidok alapváza A koffein és a teobromin A morfin és származékai A papaverin, a kinin és a nikotin Az enzimreakciók résztvevőinek koncentrációváltozása. A t 1 t 2 időintervallumban az ES komplex koncentrációja gyakorlatilag állandó, a szubsztrát-, illetve termékkoncentráció változása az idő függvényében lineáris A ciszteinil-oldallánc módosítása jód-acetáttal A szeril-oldallánc módosítása diizopropil-fluoro-foszfáttal A szubsztrát és a kompetitív inhibitor szerkezete Proteolízis és észterolízis A proteolízis és észterolízis általános egyenlete Az izoleucinszintézis feed-back gátlása a treonin dehidratáz allosztérikus inaktiválása útjá Nikotinsavamid-adenin-dinukleotid A 3-foszfo-glicerinaldehid oxidációja és foszforilálása xiv

15 Élelmiszer-kémia A tejsav átalakulása piroszőlősavvá Flavin-adenin-dinukleotid (FAD) Az aminosavak átalakulása ketosavvá A linolsav oxidációja különböző eredetű lipoxigenáz I enzimekkel. 1. paradicsomból, 2. szójababból eredő enzim A zsíradékok lipázos hidrolízise Az acetil-kolin enzimes hidrolízise A foszfomonoészterázok hatása A foszfodiészterázok hatása Az aminopeptidázok hatása A karboxipeptidázok hatása A dipeptidázok hatása Az adenozin foszfátjai Az adenozin trifoszfatáz hatása A benzoesav kiürülése a szervezetből A p-hidroxi-benzoesav és a p-hidroxi-benzoesavas-etilészter A szalicilsav és Na-sója A difenil, az o-fenil-fenol és Na-sója Az antioxidánsok hatásmechanizmusa. AH = antioxidáns, RO = alkoxigyök, RO2 = peroxigyök, R = alkilgyök A galluszsav észterei (R = propil-, oktil-, dodecil-csoport) Fenolos antioxidánsok A szacharin, a ciklamát és az aszpartám Az aceszulfám-k A kapszaicin Mustárolajok keletkezése A vanillin és a vanillil-alkohol A hagyma és a fokhagyma csípős ízanyagai Sárga színt adó vegyületek Vörös színt adó vegyületek Kék színt adó vegyületek Glicerid-észter emulgeátorok A sztearil-laktil-tejsav Na-sója A ricinin Gombaalkaloidok A szerotonin A falloin Ciántartalmú glikozidok szerkezete Az amigdalin lebontása A Bowman-Birk-féle inhibitor szerkezete A tiramin és a hisztamin keletkezése Az aflatoxin B 1 és B Az ochratoxin A hidrolízise Zearalenon és trichotecén-mikotoxinok Klórozott szénhidrogének A szerves foszforvegyületek általános képlete A karbaminsav-észterek szerkezete Szerves higanyvegyületek ,2-benzpirén Nitrózaminok képződése A polisztirol képződése A politereftálsav-glikol-észter képződése A poliamidok képződése A zsíralkohol-szulfátok és a szulfonátok általános szerkezete Klóramin (p-toluol-szulfo-klóramid-nátrium) A kvaterner ammóniumvegyületek általános szerkezete xv

16 A táblázatok listája 1.1. Savas, semleges és lúgos vizes oldatok Ph- és poh-értékei 25 C-on A tej ásványi alkotórészeinek meghatározásakor használt hullámhosszok A tej összetételének megváltozása tőgygyulladás hatására A mastitest-próba alapján kapott f faktorok Az egészséges tejhez különböző arányban hozzákevert kóros tejminták befolyása az f faktor alakulására A Luff-Schoorl-reagenshez tartozó, 0,1 mólos nátrium-tioszulfát mérőoldat fogyásának megfelelő glükóz, fruktóz, invertcukor tömege mg-ban (kétperces melegítés és tízperces forralás esetén) Néhány peptid ízküszöbértéke a konfiguráció és aminosav-szekvencia függvényében (mm/dm 3 ) (ha nincs külön jelölés, mindig L konfiguráció értendő) A fehérjék csoportosítása az oldékonyság alapján A tej és a savanyú tejtermékek szabad aminosav-tartalma 1 (mg/100g) Az egészséges és a masztitiszes tehenektől fejt tej szabad D-aminosav-tartalma* A különböző sajtok fő** D-aminosav-tartalma (mmol/100 g) Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%) Néhány alapanyag fehérjenitrogén-tartalma és a szorzófaktorok A tőgygyulladás súlyossága és a szabad D-aminosavak mennyisége közötti összefüggés A lipidekben leggyakrabban előforduló zsírsavak A foszfogliceridek felépítésében részt vevő alkoholok A zsíroldható vitaminok gyakorlatban használatos egységei és azok egymásba való átszámolása, valamint a mérési hullámhosszok Néhány emulgeátor HLB-értéke A vitaminok érzékenysége a környezeti tényezőkkel szemben Egy izotóniás ital biológiai szempontból fontos alkotórészei Egyes élelmiszerek tripszininhibitor-aktivitása Néhány élelmiszer fitinsavtartalma xvi

17 Ajánlás Csapó János és Csapóné Kiss Zsuzsanna Élelmiszerkémia című könyve igazi meglepetés a klasszikus tankönyvekhez vagy szigorú kézikönyvekhez szokott olvasónak. A szerzőpáros maga is bevallja, hogy korábban írt egyetemi jegyzetek, köztük gyakorlati jegyzetek szolgáltak kiindulási alapul a könyvhöz. Bizonyára erre vezethető vissza az a gyakorlatias szemlélet és mondanivaló, mely olvasmányossá és egyben nagyon emészthetővé teszi a könyvet. Egyfelől rendszeresen kielégítik az olvasó természetes kíváncsiságát, amikor elmondják miért fontos az adott vegyület, mire használják és hogyan viselkedik, másfelől néhány oldal után azt is megtudjuk, hogyan lehet mintát venni, vizsgálni, majd meghatározni ezeket az anyagokat. Nem kell egy másik kötetet elővenni, mert a Szerzők azonnal választ adnak a menetközben felmerülő kérdésekre, szinte kitalálják mi lesz a következő lépésünk. Náluk természetes egységben jelentkezik az élelmi anyagok kémiája, biokémiája és analitikája anélkül, hogy ezekről külön fejezetekben kellene kutatni. Ha valaki élelmiszerekről ír kémiai tárgyú könyvet, úgy gyakran elfeledkezik arról, hogy mindennapi életünkben az élelmi anyagok táplálkozásunkat szolgálják és a fogyasztók erről a szerepről is szeretnének tájékoztatást kapni. A Szerzők kitűnően felismerték, hogy ez teszi megjegyezhetővé az egyes fejezetek anyagát, ezért mindig megemlítik a vegyületek ismert élettani szerepét. Ilyen példák a kalcium szabályozó funkciói és az ehhez szükséges napi bevitel, a szénhidrátok karamellizációjának érzékszervi megítélése, a laktózintolerancia kellemetlen hatásai, a keményítő csirizesedése vagy a peptidek keserű izének szerkezeti okai. Az egyes fejezetek végén adott összefoglalásban is megismétlik ezeket, így szinte bevésődik tudatunkba, hogy egyes élelmiszereinknek milyen egészségőrző, betegségmegelőző szerepet tulajdoníthatunk. Értékes mondanivalójuk, hogy megemlítik, mennyi ezekből (például a vitaminokból, ásványi anyagokból) egy felnőtt ember napi szükséglete. A Szerzők kétségtelenül a leginkább korszerű szemléletmódot tükröző felfogásban írták meg könyvüket, sok-sok példával nyújtva fogódzót az általuk kiválasztott tudásanyag elsajátításához. A könyv szerkezete szigorúan építkező jellegű: a Szerzők figyelmeztetnek arra, hogy a fejezeteket sorban kell elolvasni, mert különben nem tudjuk megérteni az egyes anyagrészeket. Az indítás meglepő, mert a vízzel és az ásványi anyagokkal kezdik az élelmiszerek ismertetését, külön kiemelve a jelenleg nagyon népszerű ásványvizek és gyógyvizek tulajdonságait. A bőséges első fejezet után hasonlóan nagy térfogatú anyagrészeket olvashatunk a szénhidrátokról, fehérjékről és lipidekről, majd ezeket követik a vitaminok, természetes színezékek, íz- és aromaanyagok csökkenő terjedelemben. Kissé szokatlan, hogy az utóbbiakra később visszatérnek, amikor a mesterséges adalékanyagokat ismertetik. Ezt követik a mérgekről, csomagolóanyagokról, valamint a tisztító- és fertőtlenítőszerekről szóló fejezetek. Elmondhatjuk, hogy a könyv elején csupa jót olvashatunk az élelmi anyagokról, majd sok kis fejezetben következnek a többségében negatívan megítélt adalékanyagok és segédanyagok. A könyvet elolvasva nehéz eldönteni, hogy mi a Szerzők kedvenc területe, mert mértékletesen írnak minden élelmiszer-összetevőről. A biokatalizátorokról hosszabb fejezetet írnak, de csak az élelmiszerekben előforduló, vagy gyártásukhoz felhasznált enzimeket ismertetik. A mikroorganizmusoktól elhatárolják magukat, mondván ez egy másik tankönyv témája. Néha azonban nem ártott volna megemlíteni, például a masztitiszes tej esetében, hogy milyen mikroorganizmus káros működésének következményét határozzák meg evvel az érdekes analitikai módszerrel. A könyv végére jutva nem kétséges előttünk, hogy értékes összefoglalást kaptunk a Szerzők által számunkra kiválasztott élelmi anyagok tulajdonságairól. Nemcsak kémiát kaptunk, hanem fizikát és biológiát is, mert a könyv természettudományos szemlélete, a Szerzők anyagismerete nem korlátozódott pusztán a vegyész szokásos megközelítésére. Nemcsak a szakemberek, hanem mindenki hasznosan forgathatja a könyv oldalait, hiszen mindennap táplálkozunk és egyre inkább tudni szeretnénk melyek a biztonságos élelmiszerek, a helyes táplálkozás feltételei. A Szerzők ehhez jó fogódzókat adnak, ezért merem ajánlani hasznos olvasmányként nemcsak agrártudományi szakembereknek, hanem szélesebb olvasóközönségnek könyvüket. dr. Biacs Péter xvii

18 Bevezetés Az Élelmiszer-kémia könyv a korábban a Kaposvári Egyetem Állattudományi Kar hallgatói számára írt Élelmiszer-kémia és Élelmiszer- és takarmányanalitikai gyakorlatok jegyzetek átdolgozásával készült. Reményeink szerint e könyvet az agártudományi egyetemeken tanulókon kívül a leendő agrárfeldolgozó-ipari technológus és a táplálkozástudományi mérnök szak hallgatói is használni fogják. A könyv megírásakor figyelemmel voltunk arra, hogy a tárgyalt anyag tartalmi és didaktikai szempontból is illeszkedjen az agártudományi egyetemeken korábbi szemeszterekben tanult általános, szerves- és biokémiához. A könyv megírásához alapnak a Gasztonyi Kálmán és Lásztity Radomir által írt és szerkesztett Élelmiszer-kémia 1. és Élelmiszer-kémia 2. tankönyveket tekintettük. E két kötetben lévő hatalmas tudásanyag jó részét el kellett hagyni, hisz figyelemmel kellett lenni arra, hogy a legtöbb karon csak egy féléven keresztül heti két-három óra elmélet és egy-két óra bemutató jellegű gyakorlat keretében tanulják a hallgatók az élelmiszer-kémiát. A könyv első fele az ásványi anyagokkal és a vízzel foglakozik, amelyet a szénhidrátok, a fehérjék és építőköveik, a lipidek, valamint a vitaminok fejezet tárgyalása követ. E fejezetekben az élő szervezetet felépítő biogén elemekkel, az aminosavakkal, a peptidekkel, a fehérjékkel, azok elsődleges, másodlagos, harmadlagos és negyedleges szerkezetével, a szénhidrátokkal, ezen belül a mono- és poliszacharidokkal, a lipidekkel, ezen belül a foszfogliceridekkel, a lipoproteinekkel, a membránok felépítésével, valamint a zsír- és vízoldható vitaminokkal foglalkozunk. A következő fejezetekben a természetes színezékeket, az íz- és aromaanyagokat, valamint az élelmiszerek egyéb szerves anyagait tárgyaljuk. A kötet további részének fontosabb fejezetei a biológiai folyamatok és a biokatalízis, az élelmiszer-kémiában nagyobb jelentőségű enzimek ismertetése, majd ezeket az élelmiszer-technológiai adalékok fejezetben a tartósítószerek, az antioxidánsok, az ízesítőanyagok, a mesterséges színezékek, az állományjavító és tápértéket növelő adalékok tárgyalása követi. A mérgező anyagok fejezetből a természetes és a mikroorganizmusok által termelt mérgeket, valamint a peszticideket ismerhetik meg a hallgatók. A könyv végén a csomagolóanyagokkal, valamint a tisztító- és fertőtlenítőszerekkel foglalkozunk. Minden fejezet végén rövid áttekintést kap az Olvasó a fejezetben tárgyalt összetevők analitikájáról. A módszerek leírásakor nem törekedtünk teljességre, hanem csak az elvet, a módszer által elérhető pontosságot és az eredmények gyakorlatban való felhasználhatóságát tartottuk szem előtt. Az egyes eljárásokat próbáltuk úgy csoportosítani, hogy a Olvasó az egyszerűbb vizsgálatoktól folyamatosan jusson el a bonyolultabbakig, megismerve az élelmiszerek kémiai analízisének fontosabb lépéseit. A fejezeteket próbáltuk egymásra építeni, ezért javasoljuk a tisztelt Olvasónak, hogy a későbbi fejezetek tanulmányozásának csak akkor kezdjen neki, ha a könyv első részében lévő anyaggal tökéletesen tisztában van, mert e nélkül nem fogja megérteni az élelmiszer-kémiát. Végül hálás köszönetünket szeretnénk kifejezni lektorainknak, Győri Zoltán, Lásztity Radomir és Szigeti Jenő professzoroknak a kézirat átnézéséért, értékes tanácsaikért, Stanics Juditnak és Szabó Ágnesnek a lelkiismeretes gépelésért és a könyvben lévő képletek szerkesztéséért, Vargáné Cseresnyés Eszternek és Bukovics Ildikónak a kézirat megírásában nyújtott segítségéért. A könyvben maradt hibák kizárólag a szerzők érdemei. Kérjük a tisztelt Olvasókat, szíveskedjenek ezekre felhívni a figyelmünket. A szerzők xviii

19 1. fejezet - A víz és az ásványi anyagok A víz A víz a földi élet egyik legalapvetőbb feltétele, mert oldószerként reakcióközeg és szállítóanyag szerepet tölt be a sejtekben és a szövetekben, reakciópartnerként részt vesz számos biokémiai folyamatban, hozzájárul számos bioaktív makromolekula konformációjának kialakulásához, nagy fajhője és párolgáshője révén fontos szerepet játszik a szervezet hőháztartásában, jelentős mértékben hozzájárul az élő szervezetek számára elengedhetetlen környezeti feltételek biztosításához. Az emberi szervezet legfontosabb szervetlen alkotórésze a víz, amely a testnek 60 70%-át képezi, sőt egyes szervek (vese, agyvelő, szem) ennél több vizet is tartalmaznak. Az ember napi átlagos vízszükséglete 2,5 3,0 liter, amihez főként ivóvízzel és különböző folyadékokkal, részben pedig élelmiszerek, illetőleg kismértékben a tápanyagok biológiai oxidációjával jut hozzá. A vízszükséglet kielégítetlensége a szervezet gyors legyengüléséhez és pusztulásához vezet, mert az ember az éhezést több mint 60 napig képes elviselni, a szervezet 15%-os vízvesztesége viszont már néhány napon belül halált okoz. A víz az élelmiszereknek is fontos alkotórésze. Az egyes élelmiszerek víztartalma rendkívül különböző; a zöldségek és gyümölcsök 70 90%-a víz, a növényi olajok, az állati zsírok és a cukor viszont csak nyomokban tartalmaznak nedvességet A vízmolekula szerkezete és tulajdonságai A víz összegképlete H 2O; a vízben az oxigénatom két hidrogénatommal létesít kovalens kötést. Az oxigén vegyérték-elektronhéjának szerkezete alapállapotban 2s 2 2p 2 x2p 1 y2p 1 z. A két hidrogén 1s elektronjai az oxigén 2p 1 y- és 2p 1 z-pályáin lévő párosítatlan elektronokkal hozzák létre az O H kötéseket. Ha az O H kötések a p y- és p z-orbitálok alapállapotának megfelelő irányultság szerint jöttek volna létre, akkor a vízmolekulában a H O H kötésszög 109,48 lenne. A vizsgálatok szerint azonban H O H kötésszög a vízben 104,5 (1.1. ábra), ami azzal magyarázható, hogy az oxigén 2s- és három 2p-pályája sp 3 -hibridpályákká alakul át. A két párosítatlan elektront tartalmazó hibridpálya kötést létesít egy-egy hidrogénatommal, a másik két hibridpálya pedig egy-egy nemkötő elektronpárt tartalmaz. A nemkötő elektronpárok közelebb vannak az oxigénhez a kötő elektronpároknál, és taszító hatást gyakorolnak egymásra is, valamint a kötést létesítő elektronpárokra is. Ennek következtében az O H kötések közelebb kerülnek egymáshoz, ami a tetraéderes kötésszög torzulását és a 104,5 H O H kötésszög kialakulását magyarázza. Az oxigén nagy elektronegativitása a vízmolekula O H kötéseit létesítő elektronpárok oxigénhez közelebbi elhelyezkedését okozza. A kötő elektronpárok eltolódása az O H kötéseket polárissá teszi; az oxigén részlegesen negatív ( 0,82), a hidrogén pedig részlegesen pozitív (+0,41) töltésű lesz. Végső soron a poláris kötések és a molekula geometriája miatt a vízmolekulák nagy állandó dipólusmomentummal (1,84 D) rendelkeznek (1.1. ábra) ábra - A vízmolekula geometriája és poláris kötései 1

20 A víz és az ásványi anyagok A vízmolekulák egymással hidrogénkötéssel kapcsolódhatnak. A vízmolekula oxigénatomjának nemkötő elektronpárjai és részleges negatív töltése vonzzák a másik vízmolekula egyik hidrogénatomját. Egy vízmolekula négy másik vízmolekulával létesíthet hidrogénkötést. A kialakult hidrogénkötés igen erős, mivel a kötést létesítő atomok egy egyenes mentén helyezkednek el (1.2. ábra) ábra - A vízmolekulák között kialakuló hidrogénkötések A természetben előforduló vízben megtalálható a 2-es tömegszámú hidrogénizotóp, a deutérium (D) és a 3-as tömegszámú trícium (T). Az oxigénizotópok közül a 17-es és a 18-as tömegszámúak is előfordulnak, így a vízmolekulák felépítésében a hidrogén hatféle (H 2, HD, D 2, HT, DT, T 2), az oxigén háromféle ( 16 O, 17 O, 18 O) izotóp formában vehet részt. Ennek alapján elvileg 18-féle vízmolekula létezik, amelyek közül természetes vízben csak az utóbbi négy változat mennyisége számottevő: H 2 16 O (99,76%), H 2 18 O (0,037%), H 2 17 O (0,17%), HD 16 O (0,032%). 2