Chimia Produselor Alimentare (Ciclu de prelegeri I)

8/7/2019 Chimia Produselor Alimentare (Ciclu de prelegeri I)

1/126

Universitatea Tehnic a Moldovei

Chimia Produselor Alimentare

Ciclu de prelegeriPartea 1

AlimentelOR

CHimia

O


2/126

Chiinu2007

Universitatea Tehnic a Moldovei

Facultatea Tehnologie i Management n IndustriaAlimentar

Catedra Tehnologia conservrii

Chimia Produselor AlimentareCiclu de prelegeri

Partea 1

2


3/126

ChiinuU.T.M.

2007

Ciclul de prelegeri a disciplinei Chimia produseloralimentare se adreseaz studenilor specialitilor: 541.2 -Tehnologia produselor alimentare, 541.1 - Tehnologia imanagementul alimentaiei publice, 552.2 - Biotehnologiiindustriale a Facultii de Tehnologie i Management n Industria

Alimentar. Materialele prelegerilor snt selectate i expuse nconformitate cu programul de nvmnt a specialitii 541.2 -Tehnologia produselor alimentare.

n scopul elucidrii mai detaliate a unor probleme complexereferitor la proprietile funcionale a substanelor chimice ncompoziii alimentare, n materialele prelegerilor snt inclusesuplimentar unele informaii din disciplinele biochimia, chimiafizic, microbiologia, tehnologia alimentar. De asemenea n

materialele prelegerilor este prezentat informaia despremodificrile compuilor chimici a alimentelor n fluxul deproducie, la pstrare, caracteristici fizico-chimici, indiciiproprietilor senzoriale a produselor alimentare.

Prima parte prima a ciclului de prelegeri include trei temedin programul de nvmnt. n continuare vor fi publicate partea adoua i partea a treia a prelegerilor Chimia produselor alimentare,care vor cuprinde urmtoarele cinci teme.

Ciclul de prelegeri se adreseaz studenilor cu forma denvmnt la zi i studenilor cu frecvena redus.

Autor: prof. univ. dr. hab. P. TatarovRedactor responsabil : prof. univ. dr. hab. P. Tatarov

Recenzent: conf. univ. Grigore Musta

Redactor:Irina Enache

Bun de tipar 12.10.07. Formatul hrtiei 60x84 1/16.

3


4/126

Hrtie ofset. Tipar Riso. Tirajul 300 ex.Coli de tipar 7,75 Comanda nr.134

U.T.M., 2004, Chiinu, bd. tefan cel Mare, 168.

Secia Redactare i Editare a U.T.M.2068,Chiinu, str. Studenilor, 9/9. U.T.M, 2007

PrefaChimia alimentar este o ramur a tiinelor chimice de

valoare fundamental i aplicativ. Obiectivele i coninutulchimiei alimentare sunt specificate n funcie de aria aplicrii ndiferite ramuri cu diverse particulariti: n nutriie, toxicologie,

chemometrie, farmaciutic, agricultur, biotehnologie, tehnologiachimic.

Coninutul i obiectivele principale a disciplinei chimiaalimentar, cu particularitile aplicrii n tehnologia alimentar snturmtoare:

- compoziia chimic a alimentelor, semifabricatelor, amateriilor prime;

- substane biologic active, aditivi alimentari, substanelestrinein alimente;

- proprietile funcionale a compuilor chimici i influenalor asupra valorii nutritive i calitii senzoriale aalimentelo ;

- modificrile compuilor chimici a alimentelor n fluxul deproducie ,n timpul pstrrii produselor finite.

Tematica disciplinei chimia alimentar include fenomenele deinteraciune ntre diveri compui chimici n compoziii alimentare,principiile i metodele de analiz a alimentelor.

Chimia alimentar este o tiin n continu dezvoltare.Realizrile tiinifice a chimiei alimentare tot mai larg ptrund ntehnologia i ingineria alimentar. Chimia alimentar are un roldeterminat fa de obiectivele tehnologiei alimentare, inclusivbiotehnologiile utilizate n industria alimentar.

4


5/126

Tema 1. Valoarea nutritiv i proprietile senzoriale aproduselor alimentare

Hrana omului este constituit din alimente. Alimentele conino gam mare de substane chimice care formeaz compoziii

alimentare nutritive necesare pentru creterea, 2rennoirea ifuncionara normal al organismului uman. Compoziia chimiceste baza produselor alimentare. Proprietile alimentelor seapreciaz prin coninutul compuilor chimici care determinvaloarea nutritiv, calitile senzoriale.

1.1. Caracteristica general a compoziiei chimice aproduselor alimentare

Produsele alimentare se obin din materiile prime de originevegetal i animal. Compoziia chimic a alimentelor depinde nprimul rnd de speciile i soiurile ale materiilor prime. Ca regul,alimentele nu snt rafinate. Ele conin nu numai compui chimicinecesari organismului uman, dar i alte substane cu diferiteproprieti fizico-chimice i nutritive.

Compoziia chimic a materiilor prime se formeaz subinfluena mediului ambiant i reflect variabilitatea chimic asolului, a apei i a aerului. Pe de alt parte alimentele obinute printratament tehnologic, ntr-o msur mai mare sau mai mic, sedeosebesc de compoziia chimic a materiei prime. Abaterea ncompoziia chimic apare n urma modificrilor fizico-chimice,chimice, biochimice care, n principiu, snt prevzute detehnologiile aplicate. Excepie prezint doar produsele care seconsum n stare proaspt (legume, fructe etc.).

5


6/126

Compoziia chimic a alimentelor este extrem de variabil.Majoritatea produselor alimentare snt compuse din sute i mii desubstane chimice. Ca excepie, un numr separat de alimente

conine 2...5 substane, chiar i de o singur substan chimic. Deexemplu, zaharoza (zahrul), amidonul.Valoarea i proprietile a materiilor prime variaz n funcie

de condiiile geografice, climaterice, de tehnologiile utilizate nproducie. n agricultur se folosesc preparate chimice n calitate dengrminte a solului, pentru protecia plantelor, pentru tratareaveterinar a animalelor. Ca urmare, o parte din ele se acumuleaz nsol, ap, aer. n continuare, prin procese de difuzie i sorbie, rezidiu

de preparate chimice i derivatele lor ptrund n iarb, frunze,cereale, legume, fructe. Utilizarea acestor surse vegetale nalimentaie poate conduce la majorarea coninutului derivailorpreparatelor chimice n carne, lapte, pete, produsele vegetale(fig.1). Prin urmare, innd cont de faptul c compoziia chimic aalimentelor este complex, se poate de formulat o aprecieregeneralizat a produselor alimentare n felul urmtor:

Produsele alimentare pot fi caracterizate ca compoziiichimice alimentare, complexe, formate din mii de compui

chimici de baz i sute de mii de substane chimice secundare.

Compuii chimici de baz snt strict necesari pentruorganismul uman i caracterizeaz valoarea nutritiv aalimentelor .Ei prezintsurse principale de substane plastice,surse

de energie, de substane biologic active.Compuii chimici secundari nu manifest valoare nutritiv,

ns ele influeneaz asupra proprietilor fizico-chimice isenzoriale a alimentelor prin diverse combinaii i interaciuni cucompui chimici de baz.

Substanele chimice de baz care prin diferite ci demetabolism asigur activitatea vital al organismului au fost

numii nutrimeni sau substane nutritive.

6


7/126

Substanele nutritive a produselor alimentare se clasific ndou grupe: macronutrimei i micronutrimei (fig.2).Moleculele a nutrimenilor conin circa 40 de elemente chimice.

(C, H, O, N, P, Na, K, S, Mg, Fe, Cl etc.).Majoritatea nutrimenilor a produselor alimentare sntcompui organici: glucide, proteine, substane azotate, lipide, aciziorganici, pigmeni, substane fenolice, enzime, vitamine i altele.De asemenea alimentele conin nutrimeni de origine mineral.

Macronutrimeni snt substane organice: glucide, proteinelipide. Coninutul lor n alimente este n cantiti mari - g/kg. Ele

snt substane chimice de baz ale alimentelor care asiguractivitatea vital a organismului. Macronutrimenii prezint bazaraionului zilnic a omului. Se consum ele n cantiti relativ maride la un gram pn la sute de grame pe zi.

Micronutrimeni snt compui chimici de origine organic ianorganic. Micronutrimenilor ce aparin: vitamine, aminoacizi,amide, alcoloizi, glicozizi, enzime, substane minerale,microelemente i altele. Micronutrimenii snt substane chimice debaz a alimentelor. Ele se conin n alimente n cantiti relativ micin mg/kg sau g/kg. O mare parte din ele manifest capacitisporite de activitate biologic asupra diferitelor organe aleorganismul omului. De asemenea n grupa micronutrimenilor seinclud unii compui chimici care se conin n moleculelemacronutrimenilor. Din acest numr de compui cele maiimportante sunt aminoacizii eseniali n compoziia proteinelor,

acizii grai nesaturai, fosfolipidele n compoziia lipidelor, uneleoligozaharide n moleculele poliglucidelor.Substanele anorganice, s-au minerale, se conin n compoziii

chimice a produselor alimentare sub form de cationi a srurilorminerale, combinaii complexe cu diferite substane organice. Ele senumesc macro- i microelemente in funcie de concentraia lor nalimente. Elementele care se conin n cantiti relativ mari, nmiligrame, snt macroelemente. Microelementele se conin nmicrograme.

7


8/126

- macroelemente: Na, K, Ca, P, Mg, Cl, S ; mg/kg- microelemente: Mn, I, Cr, Co, F, Zn, Fe, Cu, Se, Mo;

kg/kg

Intr-o grup special de micronutrimeni se includ compuichimici care manifest activitatea biologic sporit cu proprieticurative: polifenoli, bioflavanoizi, alcaloizi, glicozizi, aciziorganici, uleiuri eterice i altele. Aceast grup de micronutrimenieste cunoscut sub denumirea de substane parafarmaceutice,reieind din faptul c ele se folosesc pentru obinerea preparatelor

farmaceutice.Prin urmare se poate de constatat c un criteriu principal a

compoziiei chimice a produselor alimentare este coninutul nmacro- i micronutrimeni, coninutul n substane biologic active.

O M U L

Alimente de origineanimal

Alimente de origineAlimente combinate

Prelucrareatehnologic

Animale, psri,peste

Prepatate pentru tratarea

plantelor,preparate veterinare

Materii primevegetale

A P A

S O Lagricole

vegetal

ngrsminteTe h n o l o g i i

8


9/126

Fig. 1 Cile principale de acumulare a substanelor accidentale nmaterii prime i n produsele alimentare

Macronutrimenti Substante secundare

proteine, glucide, lipide,

apa

Vitamine, p rovitaminesubstante m inerale,microelemente,

aminoacizi esentiali,acizii grasi

nesaturati

Fibrele alimentareaditivii alimen tari

,,,

substante toxice

substante parafarmaceutice

polifenoli,bioflavanoizi, alcoloizi

glicozizi, acizi org anici, peptide,

uleiuri eterice si altele

Produse al imentare

Micronutrimenti

substante strine

Fig. 2Clasificarea compuilor chimici principali a produseloralimentare

1.2 Substanele secundare a produselor alimentare

Produsele alimentare conin un numr extrem de mare decompui chimici care nu aparin substanelor nutritive. Cele mairspndite substane secundare n alimente snt fibrele alimentare,substanele strine, aditivii alimentari, substanele toxice. Compuiiorganici de origine natural celuloza, lignina, substane pectine,

gume vegetale este o grup de polizaharide nedigestive care senumesc fibrealimentare.

9


10/126

Compuii chimici a produselor alimentare care manifestproprieti deosebite de macro- i micronutrimeni pot fi

numite substane secundare

Aditivii alimentari snt compui chimici naturali i sinteticicare se administrez n alimente 2n cantiti strict reglementate delegetile n vigoare i se caracterizeaz prin proprietile salefuncionale. De exemplu, un numr de aditivi alimentari seutilizeaz pentru ameliorarea aspectului, aromei, gustului, texturei

alimentelor. Prevenirea proceselor de alterare i stabilizareaalimentelor poate fi realizat cu ajutorul antioxidanilor,conservanilor chimici.

Substanele strine (accidentale) snt compui chimiciorganici i anorganici care pot ptrunde n alimente prin ocazie.Pentru produsele alimentare coninutul substanelor strine estereglementat n cantiti extrem de mici.

Poluarea materiei prime i a alimentelor cu substan chimicaccidental depinde de starea mediului ambiant. Poluarea esteposibil din sol, ap, aer. In fluxul tehnologic de producie esteposibil poluarea prin contactarea semifabricatelor, produselor cuutilaj tehnologic, ambalaje.

Din totalitatea substanelor secundare fac parte i substanestrine toxice, care au denumirea - xenobiotici.

Xenobiotici sunt compuii chimici n componenaproduselor alimentare care dup natura i proveniena lormanifest proprieti nocive.

Dup provenien substanele toxice snt divizate n treigrupe:- substane toxice accidentale din mediu ambiant (contaminani),- compui chimici nativi a alimentelor cu proprieti nocive,

10


11/126

- compui chimici care se introduc n alimente n scop tehnologic(aditivi alimentari, asisteni tehnologici).

In grupa contaminanilor se includ elemente cu proprieti

nocive (metalele grele: Hg, Pb, Cd, Al, As, Cu, Zn, Sn );radionuclizii (izotopii 90St, 137Cs , 144Co), pesticide, nitraii i nitriii,nitrozamine, herbicide, fitogormoni, antibiotici, hidrocarburipoliciclice aromate.

Alimentele pot fi poluate cu substane toxice de originemicrobial: micotoxine, aflotoxine.

In compoziia chimic a unor produse alimentare pot fiprezeni compui chimici naturali care nu manifest proprieti

toxice, ns ele au capacitatea de a reduce sau bloca metabolismul iasimilarea nutrimenilor de ctre organismul uman. Din acestesubstane antialimentare fac parte inhibitorii enzimelor digestive;glicozizi (amigdalina, limarina); amine biogene (serotonina,histamina, tiramina); alcaloizi (morfina, cofeina, teobromina),ciclopeptide ( -amonitina n ciuperci), alcool etilic.

1.3. Valoarea nutritiv a produselor alimentarePrincipiile tiinifice de apreciere a valorii nutritive a

produselor alimentare se bazeaz pe concepia alimentaieiechilibrate. n conformitate cu acest concept urmeaz, c activitateavital a organismului uman n regim optimal trebuie s fie asiguratcu macro- i micronutrimeni: substane plastice, vitamine, macro-i microelemente.

Aprecierea alimentelor n conformitate cu principiileconcepiei alimentaiei echilibrate se fac cu ajutorul unor criterii.

Primul criteriu caracterizeaz valoarea nutritiv a alimentelor.

Valoarea nutritiv reprezint calitatea unui produsalimentar de a satisface necesitile nutritive ale organismului

uman

11


12/126

Valoarea nutritiv a alimentului este cu att mai mare cu ctasigur ntr-o masur mai mare necesar de substane nutritive, saucu ct compoziia chimic corespunde unei alimentaii echilibrate.

Se consider, c alimentaia echilibrat ideal se realizeazcnd consumul de nutrimeni corespunde adecvat (va fi egal)utilizrii lor de organismul uman.

Valoarea nutritiv a alimentelor se evideniaz prin coninutuln proteine, glucide, lipide, vitamine, macro- i microelementele subaspect cantitativ i calitativ, inclusiv substanele chimice care seformeaz din diferite substane nutritive (tabelul 1).

Tabelul 1. Necesitile medie de macro- i micronutrimeni de unom matur n conformitate cu concepia alimentaiei echilibrate

Denumirea

substanelorchimice

Necesitateape zi

Denumirea

Substanelor

chimice

Necesitateape zi

Apa (g) 1700- 2200 Substane minerale (mg):

Proteinele(g),iclusiv:

Proteinele

animaliere

80-100

50

Ca

P

Na

K

Cl

Mg

800-1000

1000-1500

4000-6000

2500-5000

5000-7000

300-500

Aminoacizii eseniali (g) Microelemente (mg):

Triptofanul

Lecitina

Izoleucin

1,0

4-6

3-4

Fe

Zn

Mn

15

10-15

5-10

12


13/126

Valina 3-4 Cr 0,2-0,25

Continuare tebel 1Aminoacizii eseniali (g) Microelemente (mg):

Treonin

Lizina

Metionina

Fenilalanina

2-3

3-5

2-4

2-4

Cu

Co

Se

F

I

2,0

0,1-0,2

0,5

0,5-1,0

0,1-0,2

Glucidele (g),inclusiv:

400-500 Vitamine (mg):

Amidon

Mono- idizaharide

400-450

50-100

Acid ascorbic,(C)

Tiamina,(B1)

50-70

1,5-2

Acizi organici (g)(citric, lactic 2etc.)

2,0 Riboflavina,(B2)

Nicotina,(PP)

2,0-2,5

15-25

Fibrelealimentare(g)

(celuloza,pectina )

25 Acid pantotenic,(B3)

Rutina,(P)

5-10

25

Lipidele (g),inclusiv 80-100 Folotina,(B

9) 0,2-0,4

Acizii grainesaturai

3 - 6 Retinol,(A) 0,5-2,5

Lipidele vegetale 20-25 Tocoferol,(E) 18-15

Colesterol 0,3 0,6 Califerol,(D) 0,10

13


14/126

Fosfolipide 5,0 Biotina,(H)

Un indice important a alimentelor reprezint calitatea nutriional ivaloarea nutritiv a proteinelor. Se apreciaz echilibrul aminoacizilor dinstructura proteinelor, coninutul de aminoacizi eseniali n macromolecule,asimilarea lor de ctre organizmul uman.

Al doilea criteriu caracterizeaz valoarea energetic aalimentelor.

Valoarea energetic constituie o parte integrat a valorii

nutritive i reprezint un indice care caracterizeaz cantitate deenergie format n urma oxidrii biologice a alimentului n

organismul uman.Energia format n urma proceselor biochimice de oxidare

biologic a alimentelor se folosete pentru acoperirea funciilorfiziologice ale organismului. Cele mai importante substane chimicecu un potenial energic majorat snt lipidele, proteinele i glucidele.

n urma oxidrii biologice energiea se elibereaz i din altesubstane native ale alimentelor: din acizi organici, glicerin, alcooletilic.

Cantitatea de energie se determin prin calcul, nmulind masasubstanei respective al alimentului cu coeficientul caloric i seexprim n Kcal sau Kj (tabelul 2).

Dup valoarea energetic unele surse bibliografice prezint

divizareaproduseloralimentare n patru grupe :1- alimente cu valoarea energetic foarte nalt. . . .400 900

Kkal/100g2- alimente cu valoarea energetic nalt. ... . . . . . . 250 - 400

Kkal/100g3- alimente cu valoarea energetic medie . . . . . . . . 100 - 250

Kkal/100g4- alimente cu valoarea energetic inferioar . . . pn la 100

Kkal/100g

14


15/126

Tabelul 2. Valoare energetic i coeficientul caloric a unorsubstane chimice

Denumireasubstanei

Cantitatea

de energie,Kcal/g

Coeficientul caloric

Kcal/g Kj/g

Proteine 5,65 4,00 16,9Lipide 9,35 9,00 37,7

Glucide 3,75 3,75 15,7

Alcool etilic 7,07 7,00 29,3

Acid acetic 3,49 3,49 14,6

Acid malic 2,39 2,39 10,0Acid lactic 3,62 3,62 15,1

Acid citric 2,47 2,47 10,3

Glicerin 4,31 4,31 18,0

Not: coeficienii calorici arat valoarea energiei eliberate prin oxidarea

biologic a 1,0g. de substan. (1 Kcal = 4,184 Kj).

De exemplu, din prima grupa (1) fac parte urmtoarelealimente: ciocolate, grsimi, halva, unt etc. Din grupa (4) fructe,legume, produse lactate, pete, vin sec etc

In prezent se recomand necesarul zilnic de calorii n limitele2200 - 3000 n funcie de sex, vrst a omului, modul de activitate i

altele.

15


16/126

In ultimii ani a fost elaborat o nou concepie desprealimente i alimentaie. Concepia nou a fost numit alimentaiaoptimizat (se folosete nc termenul alimentaiaadecvat).

Scopul general al concepiei const n ameliorarea calitiivieii omului prin alimentaie cu alimente noi, optimizate nconinutul substanelor biologic activi. Destinaia acestor produsealimentare este orientat la protejarea activitii normale adiferitelor funcii organismului uman, prevenirea riscului dedereglri fiziologice, sporirea rezistenei organismului n activitateafizic i intelectual.

Pe baza rezultatelor cercetrilor au fost elaborate principiile

tiinific argumentate de standardizare a produselor noi. Prin urmarea fost apreciat o categorie nou de produse alimentare subdenumirea - produse alimentare funcionale.

Alimentele, suplimentele cu un coninut determinat demicronutrimeni biologic activi, care influeneaz pozitiv

sntatea omului, suplimentar la valoarea lor nutritiv, pot finumite alimente funcionale.

Trecerea de la concepia alimentaiei echilibrate la concepiaalimentaiei optimizate este un pas progresiv n direcia protejriisntii consumatorilor prin elaborarea i iniierea fabricrii a uneigame de alimente noi cu proprieti funcionale.Actualmente, n conformitate cu criteriile concepiei alimentaieioptimizate, produsele alimentare se repartizeaz n cinci categorii n

funcie de valoarea nutritiv, i n special de coninutul inmicronutrimeni, in substane biologic active(substane parafarmaceutice):

Alimente tradiionale i alimente noi de consum curent; Alimente fortificate cu macro- i micronutrimeni; Alimente funcionale; Suplimente alimentare funcionale;

Alimente dietetice cu proprieti curative.

16


17/126

1.4. Noiuni generale despre proprietile senzoriale a

alimentelor

Pentru om, actul de consum reprezint mai mult dect unsimplu mecanism de alimentare. Satisfacerea pe care o conferconsumarea produsului, respectiv calitii senzoriale, se exprim caregul prin caracteristici de bun sau ru. Un aliment va avea ovaloare alimentar cu att mai ridicat cu ct el va rspunde maibine cerinelor consumtorului.

Criteriile principale de alegere a alimentelor pe parcursuldezvoltrii societii umane au fost senzaiile psiho-fiziologice.Alimentele care au manifestat senzaii plcute au fost reinute nconsum, n timp ce alimentele care au provocat senzaii neplcutesau tulburri digestive, au fost respinse. Ca urmare, selectareaalimentelor sa fcut n primul rnd dup criterii senzoriale.

Chiar i n prezent cnd se cunoate importana valoriinutritive a alimentelor, proprietile senzoriale snt prefereniale naprecierea alimentelor de consumator.

Recepia senzorial a alimentelor de ctre consumator estedeterminat de gust, culoare, arom i altele.

Proprietile senzoriale a alimentelor se mpart n cinci grupe:

- senzaii gustative (gust),

- senzaii olfactice (miros),- senzaii optice (aspect),- senzaii tactile (palpare),- senzaii acustice (sunet).

17


18/126

1.5.Senzaiile gustative

Organele gustului la om snt receptori, localizai pe limb,palatin, faringe. Pe suprafaa limbii se afl un numr mare de papilegustative n care snt localizai aa-numiii bulbi, structuri celulare.Diferite senzaii gustative apar n urma contactrii i aciunii ntrecompuii chimici a alimentului i anumii bulbi a limbii.

Snt patru noiuni alimentare de baz a gustului: dulce, acru,

srat i amar. Celelalte senzaii gustative sunt combinaii a celorpatru gusturi de baz.

Ca regul majoritatea alimentelor manifest diferite aspecte desenzaii gustative. De exemplu, gustul metalic i alcalin nalimente se consider ca gusturi secundare, care pot fi provocate deconcentraii slabe ale metalelor grele, metalelor alcaline.

Una din cele mai importante probleme este apreciereasenzaiilor gustative a compuilor n funcie de structura lorchimic. Corelaia dintre structura i gustul substanelor chimiceeste extrem de complicat. Din acest punct de vedere au fostidentificate trei grupe de substane n funcie de structura chimiccare manifest urmtoarele proprieti senzoriale:

- substanele cu structura chimic asemntoare icu gust identic;

- substanele cu structura chimic diferit i cu gust

identic;- substanele cu structura chimic asemntoare i

cu gust diferit.

1.5.1. Substanele alimentelor cu gust dulce

Un numr de substane chimice cu gust dulce i cu structurchimic asemntoare snt reprezentanii glucidelor n special a

18


19/126

mono- i dizaharidele: riboza, xiloza, arabinoza, glucoza, fructoza,galactoza, zaharoza, maltoza, lactoza.

Gustul dulce a unor monozaharide depinde de structura lor

sterioizomeric. De exemplu, gustul monozaharidei manoz este nfuncie de structura sterioizomeric a moleculei: -D-manozamanifest gust dulce, -D-manoza gust amar. Diferena ntreaceste dou structuri izomerice const n poziia gruprii hidroxilen poziia 1 al atomului de carbon.

O

OH

OHOHOH

H H

OHOH

H H

CH2OHCH2OH

H

OH H OH

HH

O

-D-manoza , -D-mano2za,gust amar gust dulce

In afar de mono- i dizaharide gustul dulce ce manifest iunii aminoacizi i unele peptide. Avnd structura chimicasemntoare, gustul dulce a aminoacizilor depinde desterioizomeria moleculelor (tab. 3). Din datele prezentate n tabelul3 rezult, c gustul dulce manifest de unii aminoacizi sub form deD-izomeri i L-izomeri. Se poate de constatat c nu este o regul deapreciere a gustului dulce a aminoacizilor n funcie desterioizomeria moleculelor. Este important de menionat caminoacizii D-izomeri nu se asimileaz de organismul uman.

n afar de mono- i dizaharide, de unii aminoacizi, gustuldulce manifest unele substane cu structura chimic diferit. Deexemplu gustul dulce l manifest: glicerina, glicocolul, rezorcina,taumatina i monelina (proteine de origine vegetal), unele peptide

De asemenea un numr de substane chimice sintetice au gustdulce. Din aceast grup de edulcorani sintetici iau parte: zaharina,

cilamaii, aspartam i altele. Toi compuii cu gust dulce manifestun anumit grad de gust dulce ( -D- glucoza- 74; -D-manoza -32;

19


20/126

aspartam 180; etc) . In calitate de indice a gradului de gust dulcese folosete zaharoza etalonul gustului dulce a zaharozei seapreciaz cu coeficientul 100).

Tabelul 3. Gustul unor aminoacizi

Denumirea

aminoacizilor

Seria

L-izomeri

Seria

D-izomeri

1. Alanina Dulce Dulce

2. Asparagina Fr gust Dulcepronunat

3. Glicina Dulce Dulce

4. Histidina Fr gust Dulce

5. Metionina Fr gust Dulce

6. Fenilalanina Amar Dulce cuaspect de

amar

7. Prolina Dulce -//-

8. Serina Dulce Foartedulce

9. Treonina Pentru unii amar,pentru alii dulce

Dulce

10.

Triptofanul Fr gust Dulce

11.

Tirozina Amar Dulce

12

.

Valina Dulce cu aspect de

amar

Foarte

dulce

20


21/126

1.5.2. Substane cu gust acru

Gustul acru n medii alimentare depinde de concentraiaionilor de hidrogen care se formeaz n urma disociaiei acizilor isrurilor organice. Activitatea ionilor de hidrogen, sau aciditateaactiv, se apreciaz prin valoarea pH. Totui nu exist o corelaie

direct ntre intensitatea senzaiei de acru i concentraii ionilor dehidrogen - de valoarea pH. n general cu reducerea pH-lui de la 7,0(gust neutru) la valori inferioare apare gust acru pronunat.

Alimentele conin diferii acizi organici: citric, malic, lactic,acetic, fumaric, tartric, oxalic i multe altele. Practic majoritateaacizilor organici snt acizi slabi. Constantele de disociaie n mediiapoase snt relativ mici (K1 = 1,04 x10-3 pentru acid tartric; K1 =6,5x10-5 pentru acid adepinic, etc). Concentraia sumar a acizilororganici n alimente determin gradul gustului acru i depinde deproprietile fizico-chimice a acizilor, valoarea constantelor dedisociaie a lor. n concentraii identice intensitatea gustului acru aunor acizi organici se poate de prezentat prin urmtoarea serie:

Acid tartric > acid fumaric> acid citric > acid malic> acidacetic> acid lactic

Senzaiile gustului acru snt influenate de natura anionilor amoleculelor acizilor. In funcie de natura lor apar senzaii specificegustative. De exemplu, anionii acidului citric manifest gust acru cusenzaii slabe de gust dulce, ali acizi pot provoca senzaii gustativede acru i amar. Srurile de amoniu provoac senzaii de acru israt. Dintr-o gam larg de acizi organici i anorganici pentruacidularea alimentelor i formarea gustului acru cu aspecte

21


22/126

specifice, se folosesc acizii: acetic, citric, lactic, mallic, tartric,fumaric, succinic, ortofosfori, clorhidric.

1.5.3. Substane cu gust srat

Gustul srat pur manifest numai clorur de sodiu, NaCl(sarea de mas). n soluii cu o concentraie mic NaCl are o nuande gust suplimentar dulceag. Pragul senzaiei gustative srate este

concentraia NaCl de 0,05%. Srurile minerale care conin acelaianion de Cl au gust diferit: bromura de sodiu - uor amrui srat,iodura de sodiu srat - amar. Proprieti senzoriale de amarmanifest i srurile KCl, KJ, KBr.

1.5.4. Substane cu gust amar

Gustul amar manifest o substan cu diferit structurchimic. Este un numr mare de substane organice i minerale cuacest gust. Din compuii organici majoritatea lor snt glicozide ialcaloizi. De exemplu din glicozide care nu conin atomi de azot nstrucrura lor chimic gust amar manifest strichnina.

Gustul amar a hesperidinei care se conine n fructe citrice, nardei este o flafonoid.

Din alcaloizi (substane organice heterociclice cu atomi de

azot n structura chimic) cu gust amar snt larg rspndite in naturlupinina, lupulone. Aceste substane se conin n frunze i conuri dehamei care formeaz gust amar la bere. n pelin se conineartemizina cu gust amar pronunat. De asemenea au gust amarcofeina, chinina, morfina, cocaina, srurile acizilor organici -malai, oxalai, citrai.

Diferite substane cu gust amar se formeaz n urmaprocesului de oxidare a uleiurilor, grsimilor. Srurile cu masa

22


23/126

molecular mare snt ca regul amare ca i esterii aciziloraromatici.

Senzaiile gustative sunt identice a tuturor substanelor cu gust

amare. Ele se deosebesc dup intensitatea amarului, ns calitateagustului este identic. Se consider, c cea mai amar substanchimic este benzoatul de sodiu.

Diferite senzaii gustative snt n funcie de cele patru gusturide baz. Pentru a explica formarea gusturilor complexe a fostelaborat de savantul Henning aa numit prisma gustativ,reprezentat sub forma unei figuri geometrice (fig. 3). Cele patruunghiuri a prismei indic gusturile de baz. Laturile figurii

corespund senzaiilor gustative combinate: acru-dulce, amar-srat,amar-dulce etc. Senzaiile care cuprind trei gusturi de bazgustative, corespund feelor respective a prismei amar dulce -srat, acru dulce - srat, etc.

Dulce

Acru

Amar Srat

2Fig. 3Prisma gustativ a lui Henning.

Prisma gustativ a lui Henning nu cuprinde toate senzaiilegustative care pot fi posibile prin combinaia celor patru gusturi debaz. Aceast figur geometric arat numai varietatea de senzaiigustative n sistemul coordonatelor prezentate. Procesul dearmonizare a gustului prezint una din principalele preocupri ale

tehnologiei i chimiei alimentare.

23


24/126

Este necesar de subliniat c senzaiile gustative sntdeterminate de mai muli factori: concentraia substanelorgustative, gradul de disociaie al compuilor i altele.

Sensibilitatea gustativ se modific n funcie de lumin. Lantuneric sensibilitatea se micoreaz, la lumin crete.Cel mai important factor fizic care influeneaz asupra

intensitii senzaiilor gustative este temperatura. Sensibilitateagustului dulce se mrete cu creterea temperaturii i atinge nivelulmaxim la 37 oC. Pentru gustul acru temperatura optim este de 18oC, pentru amar circa 10 oC. La temperatura 0 oC toate senzaiilegustative scad sau practic dispar.

Trebuie de avut n vedere c sensibilitatea gustului este ocaracteristic subiectiv i depinde de particularitile fiziologice aconsumatorului.

1.6. Senzaiile olfactive

Organul olfactiv al omului se afl n partea superioar anasului. Cmpul olfactiv este limitat de circa 2,0 cm2 i includereceptorii senzaiilor olfactive. Sensibilitatea olfactiv depinde devrst, de sex i de diferite stri fiziologice ale organizmului.

Mirosul este o senzaie integral a alimentelor determinat denumeroi compui organici prezeni n materia prim n ansamblu icompuii formai n urma tratamentului tehnologic.

Mirosul unei substane depinde de mai muli factori: naturacompuilor chimici, legturile ntre atomi, caracterul legturilor,

poziia gruprilor funcionale n molecule. Determinarea mirosuluin funcie de structura odorantelor este destul de complicat dincauza variabilitii compuilor dup structura lor i miros. Sntcompui cu structura chimic identic i miros asemntor. Deexemplu din grupa monoterpenelor biciclice se poate de prezentatborneolul i camfora:

24


25/126

C H3-C-CH

3

CH2 CH2

CH2

CH3

CH3

H

OH

CH3-C-CH3

CH2 CH2

CH2

CH3

O

Borneol.Miros de camfor; Camfora. Miros de camfor.

Compuii cu structura chimic asemntoare i miros diferitmanifest unii esteri a acizilor carboxilici, de exemplu:

CH3-COO-(CH2)4-CH3Acetat de amil, cu miros

de prune

CH3-(CH2)3-COO-(CH2)4-CH3

Valerianat de amil, cumiros de mere

CH3-(CH2)3-COO-CH2-CH3Butirat de etil, cu miros de

rom

Sunt compui cu structura chimic diferit i miros asemntor. Deexemplu citrolul i aldehida -fenilvalerianic au miros de lmie,ns structura lor chimic este complet diferit.

CH

CH

CH2CH3

COH

CH3-CH-CH2-CH2-COH

- citrol Aldehida fenilvalerianic

25


26/126


27/126

Aroma este un complex de senzaii compuse din miros igust. Alimentele prin masticaii n cavitatea bucal manifest

senzaii care determin aroma.

Tabelul 4.Unele substane chimice odorante a mirosurilor primarepe care omul le deosebete prin senzaii olfactive

Mirosul de camfor:

D-camfora Borneol Acid tret-butilic Alcool pentametiletilic

Miros de mors:

Ciclohexadecan Pentadecanlacton Androstanol -3

Miros de trandafir:

Geraniol - i - ionon Alcool feniletilic Benzilacetat

Miros de ment:

Ciclohexan Menton Tret-butilcarbinol

Miros de eter:

Acetilen Cloroform

Dicloretilen Alcool propilic

Miros picant: Acid acetic Formaldehid

Metilizotiocianid Acid formic

Miros putred: 2Amilmercaptan

Cavaderina Indol (n soluii concentrate)

Scatol

Prin urmare, aroma apare ca rezultatul de interferene asenzaiilor gustative i olfactive, precum i de alte senzaii cutante:

27


28/126

cald, rece, rcoritor, dureros, plcut etc. Uneori, pentru apreciereaaromei unui produs intervin i alte caracteristici cum ar fi textura,consistena sau culoarea.

De acea aroma nu trebuie considerat ca o senzaiesincronizat numai a gustului i mirosului. Aroma este o senzaieformat n cavitatea bucal de oricare substane care stimuleazsimurile de gust i miros.

Aroma este o senzaie deosebit de complex. Cu ajutorul unormetode fizico-chimice aroma nu poate fi determinat ca atare. Deacea examinarea aromei se face prin analiza senzorial - prindegustri. Degusttori cu practica bogat, care posed o sensibilitate

senzorial deosebit, descriu cu anumit precizie aroma produsuluialimentar.

1.7. Senzaiile optice

Aspectul alimentelor, sau culoarea, reprezint o caracteristicfoarte improtant din punct de vedere nutritiv, tehnologic,comercial, i joac un rol deosebit n aprecierea calitii.

Tabelul 5. Numrul de compui chimici care formeaz mirosul unorproduse alimentare

Produselealimentare

Nu

mrultotal

decompui

Hidrocar

buri

Compui

carbonici

Alcooliifenoli

Aciziilactone

Eteri

Alicompu

ichimici

Cpune 256 36 47 40 36 94 3

28


29/126


30/126

Gruprile chimice ale moleculelor care absorb selectiv radiaie senumesc grupe cromofore.

Principalele grupri cromofore: NO - (nitrozo),NO2 - (nitro);

- N = N - (azo); CO -(carbonil); in special gruprile cu legturiduble : >C = C< ; =CO; ;.O= N = O; - N =O.Prezena n molecul a dou sau mai multe legturi duble

conjugate (cromofori conjugai) d natere la o culoare pronunat.De exemplu, legturile duble conjugate a moleculelor de -carotensunt responsabili de culoarea portocalie, moleculele de licopin -culoarea rou-portocaliu. Pigmenii principali de origine vegetalantocianii, carotenii, clorofila sunt purttori a gruprilor cromofore,

care snt responsabili de o gam larg de diferite culori aalimentelor.

Dac toat energia radiant din spectru vizibil se reflect de pesuprafaa alimentului, el apare alb .In cazul cnd energia radianteste total absorbit, obiectul apare negru. Aceast relaie general arefleciei, fr s se refere la o anumit lungime de und estedenumit strlucire.

Cnd energia radiant este absorbit la o lungime de und maimult dect alta, atunci observatorul va vedea c produsul estecolorat.

Aspectul care se apreciaz calitativ cu termini de rou,verde, galben, albastru etc. este denumit tonalitate i

caracterizeaz culoarea propriu-zisLungimile de und a principalelor regiuni spectrale a culorii

snt prezentate n tabelul 6.

Tabelul 6 - Tonalitatea principalelor regiuni spectrale

Tonalitatea Lungimea de und, nm

1. Rou 700

2. Rou-portocaliu 621

3. Portocaliu 597

30


31/126


32/126

Textura i consistena sunt cunoscute i ca proprieti reologice.Senzaiile tactile se manifest n procesul de degustri i prinsenzaii sesizabile pipit.

Textura este caracteristica tactil a produsului careapreciaz rezistena alimentului la aciunea unor foreexterioare (tiere, presiune,ruperea).

Consistena este o caracteristic tactil a produsului careapreciaz rezistena la curgere (viscozitatea, deformaii

reologice)Indicii proprietilor tactile pot fi sistematizate n trei grupe:

caracteristici mecanice, caracteristici geometrice i caracteristicifizico-chimice (tabelul 7).

Tabelul 7.Clasificarea senzaiilor tactile

Nr.Proprietile

tactile principaleDenumire uzual

1 Caracteristici mecanice:

Fermetate

Coezivitate

Viscozitate

Adezivitate

Moale,ferm,tare.

Frajil, sfrmicios, crocant.

Subire, gros, vscoz.

Elastic, plastic.

Lipicios, cleios.

2 Caracteristici geometrice:

Mrimea i formaparticulelorAspectul iorientarea particuleor

Pulbere, grunos, griat,

grosier.Fibros, coagulat, pulpos,celular.

3 Caracteristici fizico-chimice:

Coninutul de umiditate

Coninutul de grsime

Uscat, umed, apos, umezid.

Uleios, unsuros.

32


33/126

Noiunea de textur este apreciat ca o interaciune ntre

simurile omului i proprietile mecanice a produselor alimentare.Fiecare produs are o anumit textur care i determin comportareai rezistena la tiere, rupere, compresiune. n funcie de textur lafora de compresiune i rupere se opune elastecitatea, fibrozitatea .

Consistena depinde de rezistena la curgere. Sub acest aspectsunt grupate diferite fluide: fluide newtoniene, fluide nenewtoniene,materialele pseudoplastice, materiale plastice i materiale dilatabile

n analiza senzorial a produselor alimentare se folosesc trei

caracteristici de sensibilitate cutanat: sensibilitatea tactil,sensibilitatea termic i sensibilitatea dureroas.

Sensibilitatea tactil este localizat pe suprafaa limbii, pebuze, vrful degetelor. Senzaia tactil se manifest n deosebit prinpipit i prin masticaie.

ntre simul tactil i cel de durere exist o strns legtur.De exemplu, alimentele foarte calde sau foarte reci provoac dureri.Senzaia tactil primit prin pipit, cu ajutorul limbii, buzelor,cerului gurii ofer informaia asupra consistenei, texturii, fluiditiisau viscozitii produselor alimentare.

Sensibilitatea termic este o reacie a pielei la temperaturinalte sau sczute a unor alimente. Receptorii sunt situai n specialn cavitatea bucal. Gradul de sensibilitate la cald sau la rece diferde la o zon la alta. Buzele sunt deosebit de termosensibele.Temperatura este important pentru produsele care se consum n

stare cald sau rece: cafea, ceai, ngheat, buturi rcoritoare etc.Textura i consistena produselor se examineaz cu ajutorulmetodelor instrumentale precum i prin metode organoleptice.

1.9. Senzaii acustice

n unele cazuri produsele alimentare se caracterizeaz prinsenzaii acustice - prin sunet. De exemplu, senzaii acustice apar nprocesul de prjire a crnii, petelui, legumelor etc. La temperaturi

33


34/126

ridicate apa din produse se evaporeaz cu vitez accelerat.Transformarea apei din starea lichid n vapori se petrece cu efectacustic sunet. De asemenea efectele acustice apar in cavitatea

bucal prin masticaie alimentelor crocani (biscuii, pesmei, mere,castravei conservai prin fermentarea lactat i altele). Sunetelecare nsoesc curgerea buturilor rcoritoare gazoase, prjirea crnii,petelui i legumelor creeaz senzaii plcute.

n concluzie se poate de menionat c calitatea senzorial aunui produs alimentar reprezint o noiune complex care includecomponentele gustative, vizuale, olfactive, tactile i n unele cazurii sonore. Lipsa unei caracteristici din cele numite poate aduce la

unele concluzii greite n aprecierea calitii senzoriale aalimentelor.

Toate aceste senzaii n ansamblu, prezint o caracteristicspecific a alimentelor numit n. limba englez FLAVOR.

Un numr de indici a calitilor senzoriale a produseloralimentare ca regul pot fi msurate i determinate cu ajutorul unormetode fizice, fizico-chimice, chimice i interpretate prin analizastatistic a datelor obinuite. n acelai timp calitile senzoriale aleproduselor alimentare pot fi apreciate numai prin degustri pebaza metodelor de analiz senzorial.

1.10. Proprietile funcionale a compuilor chimici nalimente

Cum a fost apreciat precedent, alimentele prezint compoziii

alimentare complexe formate dintr-un numr extrem de mare decompui chimici. Unul din criteriile de baz este compoziiachimic a alimentelor.

Pentru produsele alimentare de o importan major esteaprecierea acelor compui care determin indicii generali ispecifici a calitii nutritive i senzoriale a alimentelor. Esteevident, c oricare substan chimic a alimentelor se apreciaz princaracteristici fizico-chimice (structura chimic, masa molecular,temperatura de fierbere, solubilitatea, cldura specific, entalpia i

34


35/126

altele). In compoziii alimentare compuii chimici snt npermanent interaciune ntre ele. Prin urmare apar unele efectechimice, fizico-chimice care dau natere proprietilor nutritive i

senzoriale a alimentelor. n mod general este vorba de proprietilefuncionale a compuilor chimici de care depind indicii generali ispecifici a calitii alimentelor.

n conformitate cu caracteristicile sale fizico-chimice,compuii chimici exercit diferite funcii n alimente. Sunt compuicu capaciti de a forma textura alimentelor, compui caredetermin valoare nutritiv, compui biologic activi, compuii careformeaz aspectul alimentelor i altele. De exemplu, proteinele,

glucidele, lipidele snt substane polifuncionale. Prin diferitemetode de tratament tehnologic, ele pot s se combine n varianteextrem de numeroase de diferit structur, aspect, gust, coninut nnutrimeni, valoarea energetic. De asemenea valoarea nutritiv icalitile senzoriale, proprietile tehnologice a materiei primedepinde de compoziia chimic i proprietile funcionale acompuilor chimici.

Proprietile funcionale a compuilor chimici se apreciaz princaracteristici fizico-chimice, care determin aciunea i

activitatea lor n formarea valorii nutritive, proprietilorsenzoriale i tehnologice a alimentelor.

n continuare vor fi prezentate proprietile funcionale adiferitor compui chimici de baz a alimentelor, proprietile

funcionale a compuilor chimici care se utilizeaz ca aditivialimentari.

Tema 2. Apa n produsele alimentare

Apa reprezint o substan de baz a produselor alimentare.Umiditatea alimentelor variaz n limitele largi de la 3,0...5,0%pn la 92...96%(Tabelul 2.1). Datorit structurii specificemoleculele de ap posed o activitate chimic sporit. Proceselechimice, biochimice se desfoar predominant n faza lichid a

35


36/126

alimentelor. Prin hidratare, deshidratare, interaciuni hidrofobe apainflueneaz asupta stabilitii alimentelor, proprietilor fizico-chimice i senzoriale. Din punct de vedere chimic apa poate fi

caracterizat ca o substan activ a alimentelor.n prezent s-a acumulat un volum mare de date privindvariabilitatea proprietilor apei n produsele alimentare. n acestscop se vor prezenta n continuare principalele proprieti fizico-chimice ale apei, n special starea i activitatea apei, dependenaproceselor chimice, biochimice de activitate a apei n alimente.

2.1. Structura i proprietile generale ale apei

Structura moleculei de ap este foarte simpl. Molecula de apeste polar cu valoarea momentului de dipol de 1,84 D. Polaritateaapei se exprim prin unghiul format ntre atomi de hidrogen cusarcin pozitiv i atom de oxigen cu sarcin negativ, centrelecrora sunt asimetrice.

Doi atomi de hidrogen formeaz dou legturi covalente cuatomul de oxigen prin deplasarea puternic a norului electronic spreelementul electronegativ al oxigenului. Hidrogenul rmne aproapedeposedat de electroni i se ncarc pozitiv. Asimetria ntre atomiide hidrogen i oxigen (H-O) formeaz unghiul mediu de 1040,5(figura. 2.1).

Tabelul 2.1. Limitele coninutului n ap a unor produsealimentare

Denumireaproduselor

Apa, %Denumireaprodusului

Apa, %

Fina 9 14 Pete 62 82Crupe 12 14 Legume 72 96Pinea 37 47 Fructe 70 92Paste finoase 13 15 Gem, magiun 26 40

36


37/126


38/126

O

H H

H H

H H

H

H

O

O

H H

O

H H

O

H H

O

H H

O

H

H

O

H

H

HHH H

O

HH

O

H

H

Fig. 2.2. Schema asocierii moleculelor de ap prin legturi dehidrogen.

----- legturi de hidrogen.

Apa ngheat, n stare solid, ca regul reprezint structurcristalin cu reele hexagonale. Fiecare atom de oxigen almoleculelor de ap este localizat n centrul tetraedrului (fig. 2.3). nvrfurile acestor figuri geometrice snt aranjai patru atomi vecini dehidrogen care sunt legate cu oxigenul central prin intermediullegturilor de hidrogen. Astfel de structur cristalin apreciazfriabilitatea i densitatea redus a gheii fa de apa lichid.

H

OH

O

H

O

H

H

O

O

H

H

H

H H

Fig. 2.3. Structura cristalin a apei ngheate.

La temperaturi - 80. . .- 2000 C viteza de congelare esteultrarapid. Durata extrem de mic a procesului de congelare nupermite moleculelor de ap de a se agrega n cristale de ghea

(congelarea n contact cu azot lichid, bioxid de carbon i

38


39/126


40/126


41/126

2.2. Hidratarea compuilor chimici

Din coninutul total de ap n alimente numai o parte foartemic poate fi caracterizat ca ap pur. Cea mai mare parte a apeitotale prin interaciuni cu compuii alimentului formeaz diversestructuri compoziionale. Un fenomen semnificativ de interaciunentre moleculele de ap i compui chimici prezint procesul dehidratare.

Hidratarea este un proces de interaciuni fizico-chimice aapei cu molecule polare sau grupri polare a compuilor chimici.

Astfel hidratarea se desfoar ntre moleculele de ap i compuiichimici polari, cationi i anioni.Mecanismul procesului de hidratare se bazeaz pe efecteelectrostatice de trei tipuri:

- interaciunea ion-dipol;- interaciunea dipol-dipol;- formarea legturilor de hidrogen.

Hidratarea de tip ion-dipol are loc n urma interaciunii moleculelorde H2O cu substane cristaline (electrolii), formate din cationi ianioni. De exemplu, clorura de sodiu (NaCl) Fiecare ion de Na+ iCl- formeaz n jurul lui un fel de fragmente structurate demoleculele H2O prin legturile de tip ion-dipol. Prin urmare ionii aclorurii de sodiu exist n soluii apoase n stare hidratat (fig. 2.6).

Na+

O

O

O

HH

H

H

HH O

O

O

HH

H

H

H

HCl

Fig. 2.6.Modul de hidratare a cationului Na+

i anionului Cl-

41


42/126


43/126


44/126

Spre deosebire de hidratarea gruprilor polare, fenomenele deinteraciuni hidrofobe se desfoar ntre gruprile nepolare acompuilor chimici i moleculele polare de ap.

Efectul principal al procesului de interaciuni hidrofobe const nrespingerea gruprilor nepolare de ctre moleculele de ap. nmediul apos gruprile nepolare nu formeaz legturi de hidrogen cumoleculele de ap. De exemplu, catene de hidrocarburi alifatice,aromatice sunt respinse de moleculele de ap. Prin urmare, nregiunea asociaiilor compuilor hidrofobi moleculele de ap seordoneaz ntre ele prin legturi de hidrogen n fel de carcas.Apare strat de ap structurat (fig.2.7).

moleculelede ap

Fragmente hidrofobe a moleculelor

Fig. 2.7. Schema structurrii moleculelor de ap nregiunea gruprilor nepolare a moleculei hidrofobe

Catenele hidrofobe a moleculelor pe suprafaa soluiilorapoase se resping de moleculele de ap i se acumuleaz n stratul

exterior al soluiei. Gruprile polare a moleculelor hidrofobe prininteraciuni electrostatice, prin legturi de hidrogen, se rein nmediul apos (Fig. 2.8).

44


45/126


46/126

Fig. 2.9. Schema structurii a micelelora micela sferic; b micela lamelar.

Interaciunea hidrofob se desfoar n conformitate culegitile termodinamicei chimice. Procesul de incorporare agruprilor nepolare din faza hidrofob n mediul polar al apei estensoit de reducerea entropiei i conduce la creterea energiei libere.Din punct de vedere termodinamic acest proces este nefavorabil.nlturarea lui devine favorabil cnd interaciunea moleculelorhidrofobe cu moleculele de ap este nlocuit de interaciunea ntre

catenele nepolare a moleculelor hidrofobe i incorporarea lor nmediul polar al apei. Acest fenomen se numete interaciunihidrofobe.Prin urmare interaciunea ntre gruprile (fragmentele) nepolare amoleculelor hidrofobe n mediul apos se realizeaz cu ajutorulforelor de tip Van der Waals. In acela timp gruprile polare amoleculelor hidrofobe formeaz legturi de hidrogen cu moleculelede ap prin fore de tip polar-polar. Interaciunile complexe

hidrofobe i de hidratare influeneaz asupra configuraieimacromoleculelor in soluii apoase. Prin hidratarea gruprilor ifragmentelor polare a macromoleculelor se asigur stabilitateastructurilor polimoleculare hidrofobe n ansamblu.Din acest punctde vedere fosfolipidele pot servi un exemplu de interaciunicomplexe ntre lipidele amfotere i moleculele de ap.De exemplu, lecitina este o substan hidrofob format din doi

resturi de acizi grai, numii coad nepolar, i fragmentul polarde colin-fosfat al macromoleculei sub denumirea Cap polar(fig.2.10). Lecitina practic este insolubil n ap.

46


47/126


48/126


49/126

Proprietile a activitii biologic a macromoleculelornative de proteine se protejeaz prin interaciuni hidrofobe.Proteinele denaturate pierd activitatea biologic.

Se poate de constatat, c procesele de hidratare i interaciunihidrofobe au loc n medii aspoase, cauzate de polaritateamoleculelor de ap. Aceste fenomene joac un rol important ntehnologia de obinere a unui numr mare de produse alimentarecomplexe, cu structur stabil n coninutul de ap i substanehidlofobe.

2.4. Formele de legtur a apei n alimenteDin punct de vedere fizico-chimic, se consider c apa n

alimente se conine sub dou forme: ap liber i ap legat.Apa liber prezint o parte component din coninutul total

a apei care nu este legat de moleculele compuilor chimici, esteaccesibil la interaciuni chimice,biochimice i la procesele vitale amicroorganismelor.

Apa legat este o parte a apei asociate i reinutde.moleculele compuilor chimici a alimentelor, cu activitateachimic i fizico-chimic limitat. n alimente apa exist subdiferite forme de legturi cu compuii chimici a produseloralimentare.Clasificarea formelor de legtur a apei a fost propus de savantulRebinder. In baza clasificrii sau utilizat proprietile fizico-chimicea apei n funcie de energia forelor de legare a apei. Dup modul de

legare apa exist sub urmtoarele forme: apa legat chimic, fizico-chimic i fizico-mecanic.

Apa legat chimic. Legturile chimice a apei cu compuiialimentelor snt de dou tipuri; ionice i moleculare. Legturile seformeaz n proporii strict determinate. Astfel de legturi snt celemai puternice i pot fi distruse n urma unor reacii chimice s-auprin calcinare. Apa legat chimic pierde mobilitatea, activitateachimic i fizico-chimic, nu poate fi eliminat din alimente fr aprovoca degradarea lor.

49


50/126


51/126


52/126

procesele chimice, biochimice. Pentru aprecierea influenei apeiasupra stabilitii alimentelor se folosete indicele numit activitateaapei.

Reieind din legitile termodinamicei chimice n rezultatullegrii apei presiunea vaporilor de ap pe suprafaa alimentuluiscade. Prin urmare acest efect conduce la micorarea energieilibere. Reducerea energiei libere (F) la temperaturi constante seexprim prin lucrul necesar (L) pentru a nltura 1,0 Mol. de apdin aliment i este dat de expresia :

lnlnRT

P

PRTLF

u

m===

(1)

unde: F energia liber la temperaturi constante,L lucrul de eliminare a 1,0 Mol de ap din aliment,T- temperatura absolut, 0 K,Pm- presiunea parial a vaporilor de ap pe

suprafaa alimentului n stare de echilibru.Pu - presiunea parial a vaporilor saturai de ap n

mediu ambiant a alimentului; =

u

m

P

P- umiditatea relativ.

Valoarea cantitativ a presiunei pariale a vaporilor de ap pesuprafaa alimentului Pm n stare de echilibru este n funcie deenergia forelor de legare a apei n alimente. Cu ct mai tare apaeste legat, cu att valoarea Pm este mai mic. i invers, Pm atinge

nivelul presiunii vaporilor de ap in mediu ambiant a alimentului Pucnd apa este legat cu fore slabe. n acest caz umiditatea relativdevine egal cu 1,0 (raportul Pm/ Pu = 1), i inergiade legare saulucrul de eliminare a apei din aliment este practic egal cu zero:

L = RT Ln 1 = 0 (2)

. n stare de echilibru valorile Pm i Pu snt constante i

caracterizeaz umiditatea relativ de echilibru. Astfel raportul Pm /

52


53/126

Pu n expresia (1) caracterizeaz starea apei ntr-un aliment i senumete activitatea apei.

Raportul ntre presiunea parial a vaporilor de ap pesuprafaa alimentului i in mediu ambiant a alimentului n stare deechilibru se numete activitatea apei.

Activitatea apei se determin prin expresia

u

m

w

P

Pa = s-au %100

P

Pa

u

m

w= (3)

unde aw- activitatea apei, poate fi exprimat n %.

Valoarea cantitativ a aw variaz n limitele 0...1,0 s-au0...100%. Cnd 0Pm , alimentele snt complect deshidratare, dinexpresia ( 3 ) se vede c aw = 0. n cazul coninutului majorat naliment a apei libere um PP activitatea apei devine maxim aw =

1,0 (100%).Valoarea aw a produselor alimentare depinde de mai muli

factori: de umiditatea lor, compoziia chimic a alimentelor,umiditatea mediului ambiant, temperatura alimentelor.

Activitatea apei este un indice important pentru determinareaproprietilor tehnologice a alimentelor. Cu ajutorul aw se rezolvproblema stabilitii produselor finite.

Pentru prima dat termenul activitatea apei a fost folosit desavantul Scott n anul 1957, prin studiul dependenei stabilitiiproduselor deshidratate de umiditatea lor.

2.6. Izoterma de sorbie a apei

Exist o strns corelaie intre umiditatea i activitatea apei n

alimente. Pentru aprecierea acestei corelaii se face analizaizotermei de sorbie a vaporilor de ap de aliment la temperaturi

53


54/126

constante. Izoterma de sorbie a vaporilor de ap se prezint grafic(Fig.2.13). Prin analiza procesului de sorbie a apei de produsalimentar complect deshidratat in condiii izotermice se apreciaz

activitatea apei n alimente.Procesul de sorbie al apei se desfoar n conformitate cu

raportul Pm / Pu n cazul cnd Pu este mai mare de Pm vaporii de apdin mediu ambiant se adsorb pe suprafaa alimentului. Prin urmareumiditatea alimentului crete. Procesul de desorbie al apei de pesuprafaa alimentului are loc cnd valoarea Pm este mai mare de Pu.n dependen de valorile a presiunelor Pu i, Pm n starea deechilibru, se determin activitatea apei a alimentului.

Izoterma de sorbie reprezint o relaie funcional ntreumiditatea de echilibru i activitatea apei. Analiza izotermei desorbie, obinut pe date experimentale, permite de caracterizatformele de legtur a apei prezente n alimente i activitateadiferitor fraciuni de ap.

n Fig. 2.13 este prezentat izoterma de sorbie a apei de unprodus alimentar.. Pentru analiz curba de sorbie a fost mprit n

trei sectoare: C, B, A.Sectorul C. Regiunea sectorului C reprezint alimente cu un

coninut majorat de ap n general legat prin fore fizice slabe.Activitatea apei n sectorul C constituie aw = 0,8...1,0. Apa legatprin astfel de legturi i este accesibil la reacii chimice,biochimice n urma activitii sporite. De exemplu, alimentele cuactivitatea apei sporite snt legumele, fructele, lapte, carnea i multealte produse cu umiditatea ridicat.

54


55/126

0

1

2

3

4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Activitatea apei, aw

UmeditateadeechilibruU

,gH2O/gS

Fig. 2.13. Izote2rma de sorbie a apei

U - coninutul apei totale (g) n aliment raportat la 1 g desubstane uscate.

Sectorul B a izotermei reflect coninutul mai mic de ap nalimente.Ca urmare, activitatea apei se reduce pn la de valori de aw =0,3...0,8. Practic toat apa este legat prin legturi fizico-chimice cucompii chimici ai alimentului. O mare parte din aceast apformeaz straturi polimoleculare reinute de compui

macromoleculari cu fore de absorbie mai puternice dect forelelegturilor fizice.Aria activitii apei aw = 0,5...0,8 aparine straturilor polimolecularea apei care parial pstreaz capacitatea de a dizolva compuiisolubili, localizai n exteriorul acestor straturi . Procesul de iptrundere a compuilor n structuri polimoleculare a apei estespecific. Moleculele cu masa molecular relativ mic se adsorb pesuprafaa straturilor polimoleculare de ap, se hidrateaz i ncontinuare, se deplaseaz n interiorul straturilor. Acest proces

55

BA


56/126

favorizeaz probabilitatea interaciunilor chimice i biochimicentre compuii chimici n straturile polimoleculare a apei legate.Alimentele cu aw = 0,5...0,8 se numesc alimente cu umiditatea

intermediar alimente parial deshidratate. Ele se obin prindiferite metode de deshidratare parial: prin concentrare, congelare,uscare, prin reducerea activitii apei n urma majorriiconcentraiei n alimente de zaharoz, majorrii concentraiei declorur de sodiu i altele.Sectorul A reflect umiditatea redus a alimentelor deshidratate cuactivitatea apei inferioar a n produsele deshidratate cantitatea micde ap este strns legat prin legturi chimice, fizico-chimice

straturi monomoleculare. Activitatea apei aw = 0,05...0,35. Practicaceast ap nu este accesibil la interaciuni chimice, biochimice,manifest proprieti anomale fa de apa liber. Activitatea mic aapei blocheaz procesele de alterare, asigur stabilitatea produselorpe un termen ndelungat,

Dependena activitii apei de umiditatea alimentelor se poatede urmrit prin analiza curbei de desorbie a apei. Activitatea apeise apreciaz n condiii izoterme prin analiza procesului dedesorbie a apei de un sistem (produs alimentar) complect hidratat( Fig.2.14). Procesul de desorbie se desfoar n conformitate cuvalorile Pu i Pm , prezentat n fig.2.14, curba (1 ). cnd Pm > Pu. Afost constatat c curbele izotermelor de sorbie i desorbie reflectunele abateri ntre aceste procese din cauza diferitelor fore delegtur i reinerea apei n alimente.

56


57/126


58/126


59/126

Desfurarea reaciilor n zonele straturilor polimoleculare a apeisnt n funcie de aw, de mobilitatea i accesibilitatea apei legatepentru hidratarea compuilor chimici. Mobilitatea compuilor

chimici hidratai n straturile polimoleculare a apei pot participa ninteraciuni chimice i biochimice in dependen de masamolecular i solubilitatea lor, temperaturaa i ali parametri.Pentru a demonstra influena aw asupra reaciilor chimice nalimente vom analiza cinetica unei reacii chimice bimoleculare inmediu cu diferite valori a activitii apei.De exemplu, prin interaciunea compuilorA i B se formeaz osubstan chimic P:

PBAK

+ (4)

unde A, B - substane chimice solubile n ap ; P - produsul reaciei ;

k - constanta vitezei a reaciei.

Viteza de formare a produsului reaciei P , dup modelul (4)seexprim :

[ ][ ]BAkd

dP=

(5)

[A], [B] concentraia compuilor dizolvai n apa legat.

n primul rnd se poate de constatat c solubilitatea compuilorA iB depinde direct proporional de activitatea apei. Cu majorarea awcrete i concentraia compuilor dizolvai. n cazul cnd A i B vorfi complect dizolvai, majorarea aw conduce la diluarea soluiei, iprin urmare, viteza reaciei se micoreaz.Capacitatea de interaciuni n limitele straturilor polimoleculare aapei depinde de mobilitatea compuilor dizolvai. Mobilitateamoleculelor este n funcie de viscozitatea spaiului reaciei.Acumularea produsului reaciei P poate provoca creterea

59


60/126

viscozitii i reducerea mobilitii moleculelor A i B.Viscozitatea, n rndul su, este indirect proporional de cretereaumiditii, i aw. Toate aceste condiii influeneaz asupra

constantei vitezei reaciei ( k) i pot cauza tendine de sporire s-audescretere a vitezei reaciei.Majorarea aw. n zona de reacie duce la creterea solubilitiicompuilorA i B, i accelerarea vitezei reaciei. Concomitent, pede alt parte, cu majorarea aw se majoreaz diluarea mediului ceconduce la descreterea vitezei reaciei. Prin urmare n zona reacieise formeaz condiii complicate.

n fig. 2.15 este prezentat graficul cu trei tipuri posibile a

vitezei reaciilor chimice care se desfoar n funciede activitateaapei.

Fig. 2.15Influena aw asupra vitezei a reaciilor chimice nstraturile polimoleculare a apei legate fizico-chimic.

1, 2, 3 tipul vitezelor a reaciilor chimice.

Tipul 1 reflect creterea permanent a vitezei reaciei cu majorareaaw. Acest tip de interaciuni se realizeaz n condiii cnd majorareaaw conduce la creterea solubilitii i concentraiei compuilorA iB n straturi polimoleculare a apei. n acela timpprodusul reaciei(P)nu conduce la majorarea viscozitii zonei reaciei.

Tipul 2. n faza iniial viteza reaciei este direct proporionalaw i n permanent cretere. ncepnd de la un anumit nivel de aw,(in cazul nostru aw= 0,42 0,43, Fig.2.15) acumularea produsuluireaciei (P) conduce la creterea viscozitii mediului. Creterea

viscozitii predomin asupra majorrii dilurii zonei reaciei. Prinurmare, viteza reaciei atinge un nivel maxim i in continuare, cumajorarea activitii apei, este n permanent descretere.

Tipul 3. Viteza reaciei n faza iniial este n cretere directproporional majorrii aw. In continuare, pe parcursul reaciei, cucreterea aw i diluarea zonei reaciei , se majoreaz i viscozitateamediului n rezultatul creterii concentraiei produsului reaciei P.Acest efect are loc cnd produsul reaciei prezint o substan cumasa molecular mare. De la un anumit nivel a activitii apei ( aw

60


61/126


62/126

n special aminoacizilor, scade. n cazul prezent descretereavitezei de reacie cnd aw> 0,4 este cauzat de diluarea mediului cuapa suplimentar care se formeaz n rezultatul reaciilor i

creterea viscozitii mediului n urma acumulrii care prezintprodusul reaciei concomitent cu melanoidinele. Prin urmare,creterea aw conduce la micorarea concentraiei compuilorchimici i pe de alt parte se majoreaz esenial viscozitatea zoneide reacie, provocnd descreterea vitezei reaciei.

n cazul reaciilor chimice monomoleculare, care sedesfoar n straturile polimoleculare al apei legate, de asemeneaare loc influena activitii apei.

Reieind din schema general a reaciei monomoleculare,care in principiu este de descompunerea substanei A, reacia seprezint astfel:

PAK

(6)Viteza i durata reaciei de descompunere a substanei A se

descrie prin ecuaii:

0A

Aln

k

1

kAd

dA

=

=

(7)

unde: este durata reaciei de descompunere a substanei A; ddA - viteza reaciei de descompunere a substanei A;

k- constanta vitezei a reaciei ;Ao - concentraia iniial a substanei A.P - produsul reaciei.Pe parcursul reaciei diluarea mediului prin creterea aw

evident nu influeneaz asupra duratei de descompunere asubstanei A. ns depinde de valoarea constantei vitezei a reaciei,care este indirect proporional duratei procesului (7). Cu cretereaaw descrete viscozitatea zonei de reacie n urma descompuneriisubstanei A. Prin urmare constanta vitezei reaciei (k) crete i

conduce la reducerea duratei reaciei.

62


63/126

Reaciile monomoleculare snt destul de rspndite nprodusele alimentare. De exemplu, reacia de descompunere aacidului ascorbic corespunde mecanismului reaciei

monomoleculare.Pe Fig 2.17 este artat procesul de descompunere al acidului

ascorbic n funcie de activitatea apei n limitele aw = 0,30,95.

0

10

20

30

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Activitatea apei, a w

Duratapro

cesului,zil

Fig.2.17. Durata reaciei de descompunere a aciduluiascorbic la diferite temperaturi n funcie de activitatea apei.

230C, 350C, 450C temperaturi a mediului .

Cum rezult din Fig. 2.17 cu majorarea activitii apei de laaw= 0,7 pn la aw 0,95...1,0 ,durata de descompunere a aciduluiascorbic practic este minimal, ns viteza procesului - maximal,indiferent de temperatura mediului. Reducerea activitii apei de la0,7 pn la 0,3 influeneaz pozitiv asupra stabilitii aciduluiascorbic. Durata de descompunere este n funcie de temperaturamediului. Viteza reaciei este lent n special la temperaturiinferioare.

Rezultate interesante au fost obinuteprin analiza unor procesechimice de alterare a alimentelor n funcie de activitatea apei.Studiul activitii apei este important pentru explicarea unor

modificri negative a alimentelor n urma reaciilor chimice care sedesfoar n condiii blnde i influena asupra calitii produselor

63

23C

35C

45C


64/126


65/126

tratament termic. Activitatea enzimelor se majoreaz ncepnd dela un anumit nivel minimal de umiditate. n principiu exist ocorelare dintre activitatea apei i viteza reaciilor enzimatice, ns

aceast corelare este destul de complicat.Reaciile enzimatice se disfoar n straturile polimoleculare a apeilegate, dac formeaz microvolume de molecule mobile de ap .Este evident c apa lichid este mediu necesar pentru difuziasubstratului ctre enzime. innd cont de cele expuse este clar dece viteza reaciilor enzimatice se limiteaz n medii cu activitateamic a apei. n acela timp a fost constatat c desfurarea reaciilorenzimatice snt posibile i n mediul lichid altor substane chimice

n afar de ap. De exemplu, n starea lichid, tripliceridele,favorizeaz mobilitatea compuilor prin difuzie, ptrunderea lor nzona localizrii enzimelor i iniierea reaciilor biochimice cuenzima lipaza.

Influena aw asupra reaciilor enzimatice a fost examinat nsisteme model i n unele produse alimentare. Se poate de artatscindarea ATP (adenozin trifosfat) n carne uscat prin sublimare.

(Fig.2.19). Pe parcursul pstrrii de trei luni n condiii cuumiditatea relativ de = 25,0 % n-a fost nregistrat scindereaATP. Cu majorarea umiditii relative viteza de scindare a crescut.La = 70 % hidroliza ATP a durat numai cteva zile. Reaciaenzimatic de scindare ATP sa desfurat n urma majorriiactivitii apei. n rezultatul creterii umiditii mediului sa majoratadsorbia vaporilor de ap pe suprafaa produsului. Coninutul deap n stare lichid n produs a crescut, sa majorat i a condus lacreterea activitii apei.

65


66/126

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80

Durata de pstrare, zil

ConinutuldeATP

mol/g

Fig. 2.19. Influena aw asupra scindrii ATP n carne uscat (prinsublimare) la diverse nivele de umiditate relativUmiditatea relativ: 1 40%; 2 55%; 3 70%.

n alimente se conine un numr mare de enzime care pot fiinactivate prin reducerea activitii apei sub nivelul de aw < 0,8.Concomitent unele enzime pstreaz activitatea catalitic n mediucu aw< 0,6...0,8. De exemplu, unele esteraze pstreaz activitatea nmediu cu aw = 0, 25...0,3. A fost constatat c reaciile biochimice,catalizate de enzime, pot fi desfurate n alimentele deshidratate peparcursul pstrrii lor i pot provoca reducerea valorii nutritive imodifica proprietile senzoriale a produselor finite.

2.9. Influena apei asupra reaciilor de oxido-reducere

Produsele alimentare includ un numr de compui chimicihidrosolubili cum ar fi acidul ascorbic, flavonoidele, taninurile,catechine, antociane, carotenoizi etc. cu capaciti de oxidare ireducere a antocianele, caratenoizii etc. Pe parcursul prelucrriitehnologice a materiilor prime i pstrrii produselor finitepredomin reaciile de oxidare. Modificrile aprute n urmareaciilor de oxidare influeneaz negativ asupra stabilitii fizico-chimice i aduc la pierderea calitii a alimentelor. Concomitent snt

66


67/126

posibile i unele reacii de reducere a compuilor oxidai cu efectepozitive asupra calitii alimentelor.

De remarcat c procesele de oxido-reducere a compuilor n

alimente au loc prin implicarea direct a apei, n special a apeilibere i apei legate cu fore fizice slabe.Din punct de vedere fizico-chimic apa prezint un sistem

format din molecule de ap, oxigen dizolvat, protoni de hidrogen( H+). Moleculele de ap snt n stare de echilibru cu moleculele deoxigen, protoni de hidrogen. Acest sistem se prezint n felulurmtor:

1/2 O2 + 2 H+ + 2e- H2O

( 8)

Din ecuaia prezent se vede c molecula de oxigenadiioneaz doi electroni, doi protoni i se reduce, formnd omolecul de ap. Concomitent molecula de ap pierde doielectroni i se oxideaz, formnd doi protoni i oxigen molecular.acesta reacie este reversibil i puternic deplasat n parteadreapt. Starea de echilibru a sistemului (8) se realizeaz prinreacia ui de oxido-reducere i se apreciazprin potenialul redox

( E ) n conformitate cu legile termodinamicei chimice.Potenialul redox este un indice care caracterizeaz reaciile

de oxido-reducere. Compuii chimici cu valori majorate apotenialului redox ca regul manifest proprieti oxidative,compuii cu valori inferioare a potenialului redox manifest

proprieti reductoare.Pentru aprecierea funciei apei n reaciile de oxido-reducere estenecesar in primul rnd de cunoscut valorile E a apei.Dup cercetrile efectuate de dr. Artur Macari (U.T.M.) potenialulredox a apei se determin prin ecuaia:

E a= 0,815 59,16 pH + 14,79 [ O2 ] (9 )

67


68/126

Unde Ea potenialul redox real a apei, V ;0,815 - ( E0) potenialul standard al apei la t =250C, V;pH aciditatea activ a apei ;

[O2] concentraia oxigenului dizolvat n ap, MolValorile potenialului redox a apei ( Ea ) snt n limitele 0,39 . . . .0,51 V. in dependen de pH i de concentraia oxigenului dizolvat.Majoritatea produselor vegetale, fructele, legumele manifestproprieti oxido-reductoare care se apreciaz prin potenialulredox . Valorile E a alimentelor n multe cazuri snt mai mici devaloarea Ea a apei. De exemplu, potenialul redox a unor specii de

materii prime este mai mic fa de potenialul redox a apei ( Ea =0,39....0,51 V ).: prunele - 0,270V; merele - 0,318V; tomatele -0,160V; cpunele - 0,222V; ardei dulce - 0 072 V.

Din datele prezentate se vede c Ea a apei este mai mare ncomparaie cu E a materiilor examinate. In cazul cnd Ea > E aproduselor, apa manifest activitatea oxidativ i este directimplicat in degradarea oxidativ a alimentelor, materiei prime.n sucuri, nectare, sosuri apa este implicat n procese de oxidare aunor substane biologic active :a acidului ascorbic, a flavanoidelor,a antocianelor. Mecanismul procesului de oxidare se iniiaz prinactivarea oxigenului molecular dizolvat. Oxigenul molecular esteinert. Transformarea lui n oxigen activ se desfoar pe maimulte ci n conformitate cu reaciile (10, 11 ) :

O2 + 2H+ H2O2 (10)

O2 + e- O2

* (11)

Peroxidul de hidrogen (H2O2) i radicalul liber superoxid deoxigen ( O2* ) snt foarte activi n reaciile de oxidare i provoacdegradri oxidative a substanelor biologic active. De asemenea nmediul apos se formeaz i ali radicali liberi: radicalulhidroxil( HO* ), oxigenul singlet ( O* ) care snt extrem de activi inreacii de oxidare.

68


69/126

Prin urmare se poate de constatat c apa din punct de vederechimic este o substan activ i particip n reaciile de oxidare acompuilor chimici hidrosolubili. Proprietile oxidative a apei n

mod direct se includ n explicarea activitii apei n alimente. ncazul cnd ntr-un produs alimentar activitatea apei va fi mic ,procesul de oxidare a substanelor hidrosolubile parial saucomplect se blocheaz. Acest efect este cauzat de faptul c apa estecomplect legat cu fore fizico-chimice n straturi polimoleculare lanivel molecular.

2.10. Influena activitii apei asupra microorganismelor

Activitatea fiziologic a microorganismelor depinde deconinutul i de activitatea apei n medii nutritive. n mod generalmultiplicarea microorganismelor depinde de specie i este nfuncie de activitatea apei, compoziia chimic i potenialul redoxa alimentelor, temperatur i ali factori.

Este bine cunoscut faptul c cu descreterea activitiiapei capacitatea de supravieuire a microorganismelor scade. Lanivelul aw=0,3...0,5 celulele microbiene snt supuse unormodificri profunde prin care o parte de celule se distrug, ns oalt parte se transform n spori (stare de anabioz).

Ca regul n, medii nutritive, cu activitatea apei aw < 0,8,activitatea celulelor de bacterii, precum i sinteza toxinelorelaborat de acestea microorganisme, este blocat. Majoritatea

speciilor de drojdii i fungi pierd capacitatea de reproducere nmediu cu aw=0,80...0,88. Capaciti specifice manifest drojdiileosmofile. n mediu cu aw=0,6 ele ntr-o msur pstreazactivitatea fiziologic.

Tabelul 2.2. Influena activitii apei asupra supravieuirii unorspecii de microorganisme

69


70/126

Sporii microbieni snt mai rezisteni n comparaie cu celulele.n medii cu activitatea apei aw= 0,2...0,4 sporii microbieni manifesttermorezistena extrem de mare. De exemplu, termorezistenasporilor C. botulinum E de 100000 ori mai mare fa de celulelevegetale a acestei bacterii.

2.11. Activitatea apei n unele alimente

Reieind din cele expuse se poate de constatat c vitezareaciilor chimice, biochimice, activitatea microorganismelor este nfuncie de activitatea apei. Prin urmare, activitatea apei este unfactor important care influeneaz asupra stabilitii alimentelor.

Cum a fost accentuat mai sus, stabilitatea produseloralimentare este ndirect proporional coninutului i activitii apei.Alimentelele n care activitatea apei este mic snt mai stabile

(tabelul 2.3).

Nr.or

d.

Denumireamicroorganismelor

Limitele activitii apei desupravieuire a

microorganismelor

(celule)1 Bacterii: Cl. BotulinumA, B, C

0,89...0,95

Pseudomonas 0,98Salmonella 0,92

Staphylococcus 0,862 Cl. Perfringens 0,93...0,973

B. cereus 0,90...0,934 Lactobacillus 0,935 Fungi: Penicillium 0,8

Aspergillius 0,66 Drojdii : Candida 0,88

Saccharomyces 0,62....0,86

70


71/126

Tabelul 2.3. Activitatea apei n unele produse alimentare

Nr.

ord.Denumirea alimentelor

Valoarea activitii

apei (aw)1 Fructe, legume, carne, lapte, pete ~1,0

2Alimente cu coninutul de zaharoz

40% i alimente cu coninutul 7,0%de sare, unele brnzeturi, pinea

0,9...0,95

3

Alimente ce conin 55% dezaharoz sau 12,0% de sare declorur de natriu, fina, ciocolate,unca

0,8...0,85

4 Fructe congelate, lapte concentratcu zaharoz, gem

0,75...0,8

5 Crupe, nuci, marmelad 0,7...0,756 Fructe uscate, bomboane, paste

finoase0,6...0,65

7 Lapte praf, ou praf, cafea praf. 0,3...0,4

Pentru majorarea stabilitii alimentelor pe baza reduceriiactivitii apei au fost elaborate diferite metode. n tehnologiaalimentar se folosesc metode de deshidratare a alimentelor,metode de obinere a alimentelor cu introducerea zaharozei ncantiti 40...60%, (gem, marmelad, confitiur etc.) cu introducerea

clorurii de natriu (carne, pete) 7,0...12,0%. La buturile alcooliceactivitatea apei se reduce cu ajutorul alcoolului etilic, saucombinaii de zaharoz i alcool etilic.

Tema 3. Proprietile fizico-chimice i funcionale a glucidelor

71


72/126

Dup structura chimic glucidele snt derivaii apolialcoolilor. Ele prezint o clas important de substane naturalede origine organic. n conformitate cu clasificarea glucidelor

(fig.3.1) ele se repartizeaz n trei grupe generale: monoglucide saumonozaharide, oligoglucide (oligozaharide), poliglucide(polizaharide ).

Coninutul total n glucide a alimentelor este foarte variabil.Produsele alimentare conin monoglucide, oligoglucide, poliglucide,derivaiile glucidelor n combinaii cu diverse substane organice.Produsele din fructe, legume snt bogate n zharuri simple npentoze, hexoze. Coninutul lor n fructe, legume variaz n limitele

1,27 28,0 % din masa total . Cerealele, de exemplu, (porumb,ovz, sorg, orez, gru) conin polizaharide n cantiti mari: amidon50,062,0 %, eluloz 2,0 10,5 %. Cele mai rspndite glucide nnatur i materii prime vegetale snt poliglucidele, in specialceluloza i amidonul. Produsele de origine animal carnea, laptelese caracterizeaz cu un coninut relativ redus de glucide.

GLUCIDE

MONOGLUCIDE

OLIGOGLUCIDE

POLIGLUCIDE

ALDOZE

CETOZE

DIGLUCIDE

TRIGLUCIDE

TETRA. . . DECAGLUCIDE

HOMOPOLIGLUCIDE

HETEROPOLIGLUCIDE

Fig. 3.1 Clasificarea glucidelor

Celuloza este componentul principal a esuturilor vegetale:frunze, semine, coaja , preii celulelor i altele. Din glucide celmai important ingredient alimentar este amidonul.

Din spectrul larg de glucide n tabelul 3.2 snt prezentate

cele mai rspndite zharuri care se conin n compoziia chimic aalimentelor. Coninutul lor este majorat n comparaie cu ali

72


73/126

reprezentani al glucidelor. Ponderea lor n formarea valoriinutritive i proprietilor senzoriale a alimentelor este destul demare.

n afar de glucidele prezentate n tabelul 3.2 n alimente seconin n concentraii mici alte glucide, de exemplu :D- apioza, D sorbitol, stahioza, xantanul, agarul, glicogenul ialtel

Tabelul 3.1. Principalele glucide a produselor alimentare

Denumirea

glucidelor

F o r m u l a Rspndirea

M o n o g l u c i d eP e n t o z e

.D- Riboza

CHO - CH - CH - CH - CH2OH

OH OH OH Legume, fructe,cereale.

L Arabinoza

CHO - CH - CH - CH - CH 2OH

OH

OH OH

Mere, gutui,mango,grapefrui

t

D - XilozaOHOH

OH

CHO - CH - CH - CH - CH 2OH

Ciree , piersici,caise, mere,pere, cpuni

H e x o z e

D Glucoza CHO - CH -CH - CH - CH - CH 2OHOH

OH

OH OH Legume, fructe,cereale

Continuare tabelul 3.1D

GalactozaCHO - CH -CH - CH - CH - CH2OH

OH

OH OH

OH Struguri, mere,piersici, pere

73


74/126

D Manoza

CHO - CH - CH - CH - CH - CH2OH

OH OH

OH OH

Mere, pere,piersici, msline,

portocale

L - Ramnoza CHO - CH -CH - CH - CH - CH 2OH

OH OH

OHOH

Sub form deglicozide n fructe,legume

D - fructoza HOCH 2 - CO -CH - CH - CH - CH 2OHOH

OH OH Ledume, fructe,cereale

D i g l u c i d e

Maltoza OH

O

CH2OH

OH

OH

O

OHO

CH2OH

OH

OH

OH

Struguri, banane

Celobioza OH

O

CH2OH

OH

OH

O

OH

OCH

2OH

OH

OH

OH

Legume,fructe

LactozaO

O

OOH

OH

OH

OH

OH

OH

CH2OH

CH2OH

Produse lactate,fructe tropicale

Continuare tabelul 3.1

ZaharozaOH

CH2OH

O

CH2OH

OH

OH

CH2OH

OH

OH

O O Legume, fructe

74


75/126

RafinozaO O

OO

C H2O H

O H

O H

O H

C H2

OH

O H O H

O H C H2O

O

O H

Struguri, prune

Homopoliglucide ,Heteropoliglucide

C6H10O5( )n

Amidon, celuloza,pectine,hemicelulozele,lignine, gumevegetale

Tabelul.3.2. Izomeria monoglucidelorTipul de izomerie Reprezentanii Caracteristica

Izomeria de poziiea gruprii carbonil( =CO)

O = C - H

H - C - OH

CH2 - OH

C = O

( 1 ) ( 2 )

Formareaaldozelor (1 ) icetozelor (2 ).

Izomeria opticStereoizomeriedup atomul decarbon asimetric( C 4 i C- 5 )

H - C - OH

CH2 - OH

C = O

C = OH -

CH2OHCH2OH

HO-

( Seria D ) ( Seria L )

Serii D i L, apentozelor ihexozelor dupcel mai ndeprtatatom C degruparea =CO n

poziiile C-4, C-5.

Continuare tabelul 3.2

75


76/126

Epimerizare,compui epimerici.Inversarea unui

atom de C, carbonasimetric.

H - C - OH

CH2OH

HO-

O = C - H

HO -C -HH - C - OH

H - C - OH

O = C - H

C - H

CH2OH

HO -C -HH - C - OH

H - C - OH

Glucoza Manoza

Inversareaatomului de

carbon C- 2.

Continuare (tabelul 3.2)

C H2 - O H C H2O H

O O

O H

O H

( ) ( )

Formele i

se deosebesc prinpoziia gruprii-OH semiacetalic

Conformaiaformelor ciclice amonozaharidelor.

C 1

O

O

CH2OH

OH

OH

CH2OH

1 - C

Forma C -1 estemai stabil dinpunct de vedereenergetic.

3.1. Monoglucide i oligoglucide

76


77/126

Monoglucidelesau monozaharidele snt molecule care coninca regul de la 3 pn la 9 atomi de carbon, o grup carbonil ( = CO

) i mai multe grupri hidroxil. Dup poziia gruprii = CO ele sedivizeaz n aldoze i cetoze. Dup numrul atomilor de carbon nmoleculele monozaharidelor predomin pentoze i hexoze. nstructura moleculelor de monozaharide se conin atomi de carbonC-1 i C-2 care prezint centre asimetrice. Ele snt responsabile deformarea formelor anomere a monozaharidelor (Tabelul 3.2 ).

Majoritatea pentozelor se conin sub form legat i prezintcomponente structurale a polizaharidelor, glicozidelor, unor enzime,

vitaminelor. Hexozele snt cele mai importante monozaharideprezente n stare liber, n materii prime i alimente. Sub formlegat ele prezint componente structurale a moleculelor depoliglucide, esteri, glicozizi

Pentru a ilustra variabilitatea structural a monozaharidelor,se practic de prezentat moleculele sub forma aciclic. In realitate,monozaharidele se afl sub forma ciclic -i izomeri, depiranoze i furanoze (Tabelul 3.1). Transformarea formelor aciclicen forme ciclice a monozaharidelor este un proces reversibil i senumete izomerie dinamic sau tautomerie.

n medii lichide monozaharidele snt prezente simultante printoate formele izomere. De exemplu, glucoza n soluii apoase existsub toate formele ciclice: -i glucopiranoz , -i glucofuranoz i n cantiti mici sub forma

Chimia Produselor Alimentare (Ciclu de prelegeri I)

Documents

Transcript of Chimia Produselor Alimentare (Ciclu de prelegeri I)