Élelmiszer-kémia
Élelmiszer-kémia Szerkesztette Hajós Gyöngyi Sajtó alá rendezte Hajós György A AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST
Megjelent a Magyar Tudományos Akadémia Könyv- és Folyóirat-kiadó Bizottsága támogatásával ISBN 978 963 05 8582 8 Kiadja az Akadémiai Kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztôk Egyesülésének tagja 1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 19. www.akademiaikiado.hu Elsô magyar nyelvû kiadás: 2008 Hajós György (s. a. r.), 2008 Akadémiai Kiadó, 2008 Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, a nyilvános elôadás, a rádió- és televízióadás, valamint a fordítás jogát, az egyes fejezeteket illetôen is.
Ajánlom a könyvet feleségem, Gyöngyi emlékének, aki ezt a sokoldalú mûvet megálmodta, megszervezte hozzá a lelkes szerzôgárdát, és a szerkesztést élete utolsó pillanatáig személyesen vezette. Azzal, hogy sajtó alá rendezhettem a már lényegében készen álló anyagot, csak az ô áldozatos munkáját tehettem teljessé. Hajós György
Tartalom Elôszó (Görög Sándor)... 9 A)ÁLTALÁNOS KÉMIA... 11 1. Aminosavak (Medzihradszky Kálmán)... 12 1.1. Fehérjealkotó aminosavak... 12 1.2. Az aminosav-nevek rövidítései... 15 1.3. A fehérjealkotó aminosavak részletes ismertetése... 16 1.4. Egyéb természetes aminosavak... 20 1.5. Az aminosavak kémiai reakciói... 21 1.6. Az aminosavak fizikai-kémiai sajátságai... 26 1.7. Az α-aminosavak sztereokémiája... 28 2. Peptidek (Medzihradszky Kálmán)... 31 2.1. A peptidek kémiai szintézise... 31 2.2. Természetes peptidek... 33 2.3. Polipeptid-hormonok... 34 2.4. Peptid-antibiotikumok... 37 2.5. Egyéb természetes peptidjellegû vegyületek... 38 3. Fehérjék (Medzihradszky Kálmán)... 40 3.1. A fehérjék analitikája... 40 3.2. A fehérjék primer struktúrájának meghatározása... 43 3.3. A fehérjék térszerkezete... 47 3.4. Fontosabb fehérjék... 51 4. Enzimek (Medzihradszky Kálmán)... 56 4.1. Az enzimhatás mechanizmusa... 58 4.2. Néhány fontosabb proteolitikus enzim... 60 5. Nukleinsavak, fehérjeszintézis (Medzihradszky Kálmán)... 63 6. Lipidek (Penke Botond)... 71 6.1. Zsírsavak... 72
8 ÉLELMISZER-KÉMIA 6.2. Acilgliceridek (Gliceridek)... 75 6.3. Foszfogliceridek... 76 6.4. Gliceroglikolipidek... 78 6.5. Szfingolipidek... 79 6.6. Lipoproteinek... 81 6.7. Diol lipidek és viaszok... 82 6.8. Telítetlen szénhidrogének és szteroidok... 83 6.9. Tokoferolok és tokotrienolok... 87 6.10. Lipidek szerepe a bioregulációban... 87 6.11. A lipidek változásai az élelmiszerek tárolása és feldolgozása (ételkészítés) során... 89 7. Színezékek (Antus Sándor)... 101 7.1. Klorofillek...103 7.2. Karotinoidok...106 7.3. Flavonoidok...120 8. Szénhidrátok (Lipták András)... 135 8.1. A szénhidrátok jelentôsége...136 8.2. A szénhidrátok csoportosítása...136 8.3. A cukrok szerkezete...138 8.4. Szénhidrátok laktogyûrûs szerkezete...140 8.5. A Haworth-féle perspektív képletek szerepe...144 8.6. Szénhidrátok konformációja...146 8.7. Védôcsoportok a szénhidrátok körében...150 8.8. Glikozidok és oligoszacharidok...151 8.9. Oligoszacharidok...152 8.10. Oligoszacharidok kémiai szintézise... 154 8.11. Természetben elôforduló oligoszacharidok... 157 8.12. Ciklodextrinek... 161 8.13. Poliszacharidok... 162 8.14. Nem enzimes bomlási reakciók az élelmiszereknél... 169 9. Heterociklusos vegyületek élelmiszerekben (Hajós György)... 172 9.1. Telített öttagú oxigén-heterociklusok...172 9.2. Telítetlen öttagú oxigén-heterociklusok...172 9.3. Telített hattagú oxigén-heterociklusok...173 9.4. Telítetlen hattagú oxigén-heterociklusok...174 9.5. Telített öttagú nitrogén-heterociklusok...175 9.6. Telítetlen öttagú nitrogén-heterociklusok...175 9.7. Hattagú nitrogén-heterociklusok...176 9.8. Polikondenzált nitrogéntartalmú heterociklusok...177 9.9. Kéntartalmú gyûrûs rendszerek...179
6. LIPIDEK 9 10. Aromaanyagok (Kerényi Zoltán)... 181 10.1. Az aromákról általában... 181 10.2. Aromaanalízis... 185 10.3. Élelmiszerek egyedi aromaanyagai... 192 10.4. Kölcsönhatások más élelmiszer-összetevôkkel... 208 10.5. Természetes és szintetikus élelmiszer-aromásítás... 209 11. Vitaminok (Gaál Ödön)... 214 11.1. Zsírban oldódó vitaminok... 215 11.2. Vízben oldódó vitaminok... 221 12. Ásványi anyagok (Stefanovitsné Bányai Éva és Dernovics Mihály)... 234 12.1. Makroelemek... 235 12.2. Mikroelemek... 237 12.3. Ultra mikroelemek... 239 12.4. Élelmiszer-módosulatanalitikai alapismeretek... 240 12.5. Példák élelmiszerben elôforduló kovalens (As- Hg-, Se- és Sn) módosulatokra...240 13. Élelmiszer-adalékanyagok (Sohár Pálné)... 246 13.1. Élelmiszer-színezékek... 246 13.2. Antioxidánsok... 251 13.3. Tartósítószerek... 252 13.4. Állományjavító és -módosító anyagok... 255 13.5. Savanyúságot szabályozó anyagok... 258 13.6. Édesítôszerek... 258 13.7. Ízfokozó anyagok... 260 13.8. Egyéb adalékanyagok... 260 14. Vegyi szennyezô anyagok az élelmiszerekben (Sohár Pálné)... 261 14.1. Környezeti eredetû szennyezô anyagok... 261 14.2. Biológiai eredetû szennyezô anyagok... 268 14.3. Növényvédôszerek... 272 14.4. Állatgyógyszerek... 273 14.5. A technológiai folyamatokban keletkezô anyagok... 274 14.6. Élelmiszerekkel érintkezô anyagokból kioldódó szennyezôdések... 275 15. Avíz(Salgó András)... 277 15.1. A víz kémiai, fizikai tulajdonságai, szerkezete... 277 15.2. A víz az élelmiszerekben... 283
10 16. Fehérje allergének (Az allergén jelleg mint a fehérjeszerkezet funkciója) (Hajós Gyöngyi)...293 16.1. Antigének, allergének, antitestek... 293 16.2. A fehérjék immunogén jellege és kereszt-reaktivitása...295 16.3. Az antigén allergénné válása...295 16.4. Élelmiszer-allergének...295 16.5. A keresztallergia...299 16.6. Módszerek és lehetôségek az allergia csökkentésére...299 16.7. A környezeti hatások és az allergia...299 16.8. A fehérje-allergének vizsgálatának jelentôsége...300 B) ALKALMAZOTT ÉLELMISZER-KÉMIA... 301 17. Tej és tejtermékek (Szakály Sándor)... 302 17.1. Tej...302 17.2. A tej makroösszetétele...304 17.3. Tejlipidek...306 17.4. Tejfehérjék...311 17.5. Tejcukor...315 17.6. A tej ásványi anyagai...318 17.7. A tej vitaminjai...319 17.8. Egyéb anyagok a tejben...320 17.9. A tej fontosabb kémiai-fizikai tulajdonságai...322 17.10. A tej összetételét és tulajdonságait módosító fontosabb feldolgozási mûveletek...324 18. Tojás (Beczner Judit)... 327 18.1. A tojás felépítése...327 18.2. A tojáshéj kémiai összetétele...328 18.3. A tojásfehérje összetétele...329 18.4. A tojássárgája összetétele...335 18.5. A tojás tárolása...344 18.6. Tojástermékek...345 19. A hús kémiája (Csapó Ildikó)... 350 19.1. A hús fehérjéi...350 19.2. A hús lipidjei...360 19.3. Szénhidrátok és szerves savak a húsban...365 19.4. Vitaminok a húsban...365 19.5. Ásványi anyagok a húsban...366 19.6. A húsban végbemenô vágás utáni (post mortem) folyamatok... 367 19.7. Hôkezelés, húskészítmények... 370
20. Halak, rákok és más vízi szervezetek (Csengeri István)... 374 20.1. Halválaszték, hazai és külföldi haltermékek Magyarországon... 374 20.2. Halhúsok kémiai összetételének általános jellemzése...376 20.3. Nehezen lebomló (perzisztens) szerves vegyületek... 379 20.4. Esszenciális zsírsavak halakban...380 20.5. Tárolás és konyhatechnikai eljárások hatása a kémiai összetételre...385 20.6. Akvatikus élelmiszerek fogyasztásával kapcsolatos mérgek és mérgezések...387 20.7. Akvatikus élelmiszer-összetevôk élelmiszerbiztonsága...391 21. Ehetô zsírok és olajok (Recseg Katalin)... 392 21.1. Termelési és fogyasztási adatok...392 21.2. A zsírok és olajok eredete...393 22. Gabonafélék (Lásztity Radomir)... 415 22.1. A gabonafélékrôl általában...415 22.2. A gabonafélék általános összetétele...416 22.3. A gabonák fehérjéi...422 22.4. A gabonafélék szénhidrátjai...424 22.5. Lipidek...425 22.6. Vitaminok...425 22.7. Ásványi anyagok...426 22.8. Egyéb összetevôk...426 22.9. Gabonafeldolgozási termékek...427 22.10. Pszeudo cereáliák... 430 23. Hüvelyes növények (Hajós Gyöngyi)... 433 23.1. Fehérjék...435 23.2. Hüvelyes fehérje allergének...437 23.3. Csillagfürt...438 24. Zöldségfélék (Tömösköziné Farkas Rita)... 444 24.1. A zöldségek fôbb beltartalmi összetétele...446 24.2. Gombák...452 24.3. Algák, hínárok... 456 24.4. Gyökérzöldségek...457 24.5. Szárzöldségek...463 24.6. Levélzöldségek...464 24.7. Virágkezdemények...465 24.8. Magvak...466 24.9. Gyümölcsök...467 11
12 25. Gyümölcsök és gyümölcs alapú termékek (Kovács Etelka)... 469 25.1. A gyümölcsök legfontosabb összetevôi...469 25.2. Az érésfiziológia kémiája...480 25.3. A tárolási körülmények hatása...482 26. Cukrok, cukoralkoholok és mézek (Hoschke Ágoston és Rezessyné Szabó Judit)...484 26.1. Termékek és elôállításuk...484 26.2. A cukrok általános és táplálkozás-élettani jellemzése...495 26.3. Mézek...496 27. A bor kémiája (Hajós György)... 504 27.1. Alkoholos erjedés...504 27.2. Szénhidrátok a borban...508 27.3. Savak a bor gerince... 509 27.4. Polifenolok egészség, szín és tartósság... 511 27.5. A bor kénezése a reduktív borkészítés...516 27.6. A bor oxidációja...519 27.7. Alkoholok, észterek, acetálok ízbeli finomságok... 522 27.8. Aminok és aminosavak...524 27.9. Szervetlen anyagok a minerális bor... 525 27.10. Borhibák... 528 27.11. A boranalízis alapjai... 501 28. Asör(Hegyesné Vecseri Beáta)... 540 28.1. Alapanyagok...540 28.2. A sör elôállítása...544 28.3. A kész sör összetétele...549 29. Tömény szeszes italok (Hoschke Ágoston és Rezessyné Szabó Judit)... 551 29.1. Elôállítás...551 29.2. Szeszes italok érlelése...554 29.3. Néhány jellegzetes tömény szeszes ital...555 30. Kávé, kakaó, csokoládé (Bíró György)... 560 30.1. Kávé...560 30.2. Kakaó...567 30.3. Csokoládé...574 31. Tea (Kremmer Tibor)...579 31.1. A tea feldolgozása és osztályozása...579 31.2. A tea összetétele...581 31.3. A tea élettani hatásai...587
32. Fûszerek, só, ecet (Bernáth Jenô)... 588 32.1. Legfontosabb fûszernövényeink... 588 32.2. A fûszernövények hatóanyagai... 590 32.3. Fûszer termékformák... 607 32.4. A só...608 32.5. Savanyú ízû adalékok... 609 33. Ásványvíz (Salgó András)... 611 33.1. Képzôdés, forrás, definíciók... 611 33.2. Kémiai összetétel, határértékek... 613 33.3. Mikrobiológiai állapot, szennyezô komponensek... 617 33.4. A kémiai összetétel változatossága... 619 33.5. Táplálkozástani és fiziológiai hatás... 622 34. Nem-termikus új tartósitási módszerek hatása az élelmiszerek összetevôire (Farkas József)...624 34.1. Új tartósítási módszerek... 624 34.2. Ionizáló sugárkezelés...624 34.3. Nagy hidrosztatikus nyomás alkalmazása... 633 34.4. Nagyfeszültségû pulzáló elektromos mezô alkalmazása... 636 35. Élelmiszer-biztonság (Bánáti Diána)... 638 36. Az élelmiszer-tudomány legújabb fejlôdési irányai (Farkas József)...643 37. Ajánlott irodalom...645 Név- és tárgymutató...599 Szerzôk...599 Lektorok...599 13
Elôszó Hiánypótló könyvet vehet kezébe az olvasó: élelmiszereink kémiájával foglalkozó korszerû könyv ugyanis nem található a hazai könyvpiacon. A könyv jelentôségét növeli, hogy a kémia számos ágazata közül az élelmiszer-kémia az, amely a legközelebbi kapcsolatban van mindennapi életünkkel, hiszen táplálékot mindenki, minden nap magához vesz. A táplálkozás funkciói az élet puszta fenntartásától a rafinált ínyencségek nyújtotta gyönyörforrásig széles skálán helyezkednek el. A magunkhoz vett étel és ital mennyisége és minôsége, elkészítésük módja egyaránt lehet az egészség megôrzésének fontos tényezôje, de számos kockázat, betegség forrása is. A táplálkozástudomány önálló tudományág ugyan, de ezer szállal kötôdik a kémiához. A táplálkozással kapcsolatos kérdések egzakt, tudományos igényû tárgyalása elképzelhetetlen szilárd kémiai alapok nélkül. Erre az egzakt, tudományos igényû megközelítésre pedig ma nagyobb szükség van a táplálkozástudományban, mint valaha. Ennek csak az egyik oka az, hogy a táplálékok és az emberi szervezet kölcsönhatásai csak rendkívül bonyolult fizikai, kémiai, biokémiai folyamatokkal írhatók le. A másik ok az, hogy éppen a mindennapi életünkben betöltött meghatározó szerepe miatt a táplálkozástudomány területén nyílik a legnagyobb lehetôség a sarlatánságokra, az áltudományos megközelítésre. A tudomány évszázadát tudhatjuk magunk mögött. Hatalmas mértékben nôttek ismereteink a táplálkozástudomány területén is. Éppen ezért megdöbbentô, hogy ezzel párhuzamosan milyen mértékben és milyen hatékonysággal terjednek a tájékozatlanságra, emberi hiszékenységre alapozott, gyakran a gátlástalan haszonszerzést megcélzó áltudományos nézetek a táplálkozás területén. Gondoljunk csak a holtbiztos, villámgyors eredményt ígérô fogyó-, erôsítô, salaktalanító kúrák receptjeire, élelmiszereink szennyezéseinek mint veszélyforrásoknak alábecsülésére, vagy a veszélyek túldimenzionálására stb. Ezek ellen csak a tudomány fegyverével, egyebek mellett az élelmiszertudomány, a táplálkozástudomány kémiai alapjainak megszilárdításával lehet eredményesen fellépni. A könyv sajátos és igen eredeti összeállítása segítségével éri el ezt a célt. Az elsô 12 fejezet a táplálkozás szempontjából legfontosabb vegyületcsoportok kémiáját tárgyalja. Bár a tárgyalásmód itt még általános jellegû, ezeket a fejezeteket is áthatja az élelmiszertudományi táplálkozástudományi szemlélet: az egyes vegyületcsaládok tárgyalásánál az ilyen szempontból fontos vegyületeket, illetve reakciókat kiemelten kezelik. A következô 4 fejezet ismerteti a mai élelmiszertudomány három, talán legproblematikusabb területét: élelmiszereink adalékanyagainak és szennyezéseinek kémiáját, valamint az élelmiszereknél fellépô allergia jelenségét. Ezt követi 17 olyan fejezet, ahol a már korábban leírt kémiai alapok felhasználásával mutatják be a legfontosabb élelmiszeripari alapanyagokat, ételeket, italokat a gabonaféléktôl és gyümölcsöktôl, fôzelékféléktôl, a tejig, tojásig, húsokig, sörig, borig,
16 ÉLELMISZER-KÉMIA teáig stb. A könyvet az élelmiszertartósítással, élelmiszer-biztonsággal, végül pedig az élelmiszertudomány legújabb fejlôdési irányaival foglalkozó fejezetek zárják. Csak remélni lehet, hogy ez a könyv az élelmiszertudománnyal foglalkozó kutatókon, tanárokon, egyetemi és Ph.D. hallgatókon túlmenôen megtalálja útját az ilyen kérdésekkel hivatásszerûen nem foglalkozó, de a terület iránt érdeklôdô szélesebb olvasóközönség könyvespolcaira is. A könyv szerkesztôje és kitûnô szerzôgárdája választékos és ízletes menüt kínál a tudományra éhes olvasónak. Jó étvágyat hozzá! Görög Sándor az MTA rendes tagja