Биохимические процессы в пищевых продуктах

                                   СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………..

1. Биохимические процессы при хранении пищевых продуктов………………

2. Форма связи влаги в пищевых продуктах и их характеристика………………...

2.1 Понятие активности воды………………………………………………………..

3. Возможна ли совместная перевозка замороженных продуктов с

   охлажденными…………………………………………………………………..

Заключение……………………………………………………………………..

Список использованной литературы………………………………………….

                                                       Введение

  Хранение — этап обращения товара, который должен проходить в условиях, обеспечивающих минимальное изменение его количества и качества.

    В зависимости от сохраняемости все продовольственные товары делят на две группы:

- скоропортящиеся — отличаются высоким содержанием воды, их длительное хранение возможно только с применением каких-либо способов консервирования.

   В соответствии с санитарными правилами к особо скоропортящимся относятся продукты, которые не подлежат хранению без холода; к скоропортящимся товарам относят мясо, рыбу, молоко, яичные товары, многие виды плодоовощей (ягоды, салатно-шпинатные овощи, косточковые плоды и др.);

- товары, пригодные для длительного хранения, — те, которые содержат небольшое количество воды или были подвергнуты консервированию: мука, крупы, макароны, сахар, сушеные овощи и фрукты, вина и ликероводочные изделия, баночные консервы, поздние сорта некоторых плодоовощей и др.

    Во время хранения пищевые продукты претерпевают различные изменения. В зависимости от характера этих изменений процессы, происходящие при хранении, подразделяют на физические, химические, биохимические, биологические и смешанные, или комбинированные.

   При хранении пищевых продуктов главными факторами, вызывающими изменения качества продукции, является температура, влажность, газовый состав воздуха, свет, микроорганизмы и товарное соседство.

     Цель хранения – исключить изменения состояния продуктов. Основное средство достижения такой цели – стабильная, достаточно низкая температура хранения.

     Все параметры режимов влажности, вентиляции и температуры при транспортировке определяются согласно СанПинам и ГОСТам.

1.      Биохимические процессы при хранении пищевых продуктов

   Обусловлены эти процессы действием ферментов, находящихся в продуктах.   

   К основным биохимическим процессам, протекающим при хранении пищевых продуктов, относятся дыхание и гидролиз (автолиз).

   Дыхание – это сложный окислительный процесс, происходящий в любой живой клетке.  Дыхание сопровождается потерей массы продукта, выделением влаги и теплоты, изменением состава окружающей атмосферы. Дыхание происходит в плодах, овощах, зерне, крупе, муке. При интенсивном дыхании продукты теряют много сахаров, кислот и других питательных веществ. При этом возникают увлажнение и самосогревание продукта (зерно, овощи и др.).

    Дыхание может быть аэробным и анаэробным. Аэробное дыхание происходит в присутствии кислорода воздуха, схематически изображается следующим уравнением:

С6Н12О6 + 6О2 = 6Н2О + 6СО2 + 282 кДж.

    При недостатке или отсутствии в среде кислорода в продуктах наблюдается анаэробное (внутримолекулярное) дыхание:

С6Н12О6 – 2С2Н5ОН = 2СО2+117 кДж.

   Как видно из приведенных уравнений, при кислородном дыхании в результате полного окисления сахаров образуются вода, углекислый газ и выделяется энергия; при бескислородном дыхании происходит неполное окисление, в результате чего выделяются спирт, углекислый газ и значительно меньше тепловой энергии. В процессе дыхания участвуют не только сахара, но и органические кислоты, белки, жиры и другие соединения.

   О характере протекания дыхания судят по дыхательному коэффициенту – отношению объемов выделяемого углекислого газа и поглощаемого кислорода.   

   Если процесс аэробного дыхания происходит в точном соответствии с приведенным уравнением, то дыхательный коэффициент равняется 1.

   При прорастании масличных семян, когда происходит окисление жирных кислот, бедных кислородом, и превращение жира в сахар, дыхательный коэффициент значительно меньше 1.

   Высокие дыхательные коэффициенты наблюдаются при использовании на дыхание соединений, более богатых кислородом, чем сахар, например органических кислот (щавелевой, винной и др.).

   Процесс дыхания сопровождается потерей массы растительного объекта, изменением состава окружающей атмосферы, выделением влаги и тепла.

   Потери массы при дыхании растительных продуктов могут достигать значительных размеров. Они особенно велики у хранящихся плодов и овощей.     

   Выделяющиеся при дыхании тепло и влага могут быть причиной дальнейшего усиления процесса дыхания. Это происходит в том случае, когда хранящиеся объекты плохо проветриваются, для удаления накапливающейся в них влаги и понижения их температуры.

    Важным фактором, влияющим на интенсивность дыхания, является температура. В определенном интервале температур возрастание интенсивности дыхания растительных объектов подчиняется правилу Вант-Гоффа: повышение температуры на 10 °С увеличивает интенсивность дыхания продукта в 2–3 раза.

    На интенсивность дыхания также большое влияние оказывает газовый состав воздуха. Повышение концентрации углекислого газа и понижение кислорода сильно тормозят дыхание растительных продуктов.

    При понижении количества кислорода в окружающей среде до 2% и менее, а также при повышении концентрации углекислого газа в растительных объектах вместо аэробного начинается анаэробное дыхание, являющееся по существу процессом брожения.

    Анаэробное дыхание сопровождается накоплением ацетальдегида, спирта, которые губительно действуют на растительные ткани.

    Однако газовые смеси, содержащие кислород и углекислый газ в количествах 3–5% и азот в количестве 90–94%, благоприятны для хранения некоторых видов плодов и овощей.

    Такое хранение называется хранением в регулируемой или модифицированной газовой среде. В этих условиях происходит торможение процессов жизнедеятельности (созревания и перезревания), что позволяет значительно удлинять сроки их хранения с минимальными потерями органических веществ на процесс дыхания.

     Процесс дыхания у растительных продуктов различного происхождения неодинаков. Он определяется количеством выделенного углекислого газа или поглощаемого кислорода в единицу времени единицей массы. Слабая интенсивность дыхания характерна для сухого зерна, значительно выше она у сочных плодов и овощей. Особенно возрастает интенсивность дыхания при механических повреждениях и микробиологических заболеваниях объектов.

    Расходование на дыхание сахаров и других органических веществ (кислот, белков, жиров) приводит к потере сухого вещества продукта. Образующиеся спирт и углекислый газ губительно действуют на живые клетки продукта, вода может способствовать увлажнению продукта, а тепло – его согреванию (самосогреванию).

   Таким образом, активное аэробное дыхание ведет к значительной потере сухого вещества, увлажнению и согреванию продуктов. При анаэробном дыхании также наблюдаются потери сухого вещества, а в результате накоплению спирта и ацетальдегида – отравление и отмирание живых тканей продукта. Поэтому для максимального сохранения качества желательно замедленное аэробное дыхание.

   Замедлить дыхание можно понижением температуры, влажности воздуха и созданием модифицированной газовой среды, т.е. среды с определенным содержанием кислорода, углекислого газа и азота, отличающимся от состава обычной атмосферы.

   Гидролитические процессы.

   Гидролитические процессы протекают в пищевых продуктах под действием ферментов гидролаз.

    Интенсивность этих процессов определяется химическим составом продукта, наличием и активностью ферментов, условиями хранения. Гидролитические процессы могут оказывать положительное и отрицательное влияние на качество продукта.

    В начале хранения при созревании плодов и овощей происходит гидролиз крахмала в сахаре, из протопектина образуется пектин, что приводит к ухудшению вкуса и консистенции продукта. К концу же хранения при полном гидролизе протопектина мякоть становится мягкой и дряблой.

    При кислотном гидролизе крахмала образуется глюкоза. В процессе гидролиза из макромолекулы крахмала сначала образуется растворимый крахмал, у которого молекула меньше исходной, он легко растворяется в воде.   

   Дальнейший гидролиз крахмала дает декстрины, представляющие собой полисахариды с более короткими цепями, чем у крахмала. В зависимости от молекулярной массы и свойств они делятся на амило-, эритро-, ахро– и мальтодекстрины. Амилодекстрин по своим свойствам близок к крахмалу, йодом окрашивается в фиолетовый цвет, растворяется в горячей воде. Эритродекстрин дает с йодом красно-бурое окрашивание, растворяется в холодной воде. Мальтодекстрин мало отличается от мальтозы.

    Все виды декстринов (за исключением мальтодекстринов) осаждаются спиртом определенной концентрации. Декстрины также в силу разрыва связей превращаются в мальтозу, а затем в глюкозу.

   Кислотный гидролиз лежит в основе производства патоки, которая представляет собой продукт неполного гидролиза крахмала и состоит из декстринов, мальтозы и глюкозы.

    При гидролизе крахмала ферментом амилазой образуются мальтоза и промежуточные продукты (декстрины). Этот процесс наблюдается в тесте для выпечки хлеба. Фосфоролитические ферменты вызывают превращение крахмала в глюкозо– и фруктозофосфаты и в конечном итоге в сахарозу.

    При хранении продуктов, богатых жирами, происходит гидролиз жира под действием липаз, что сопровождается повышением кислотного числа жира (показатель свежести); под действием протеаз происходит гидролиз белков до аминокислот.

    Жиры при определенных условиях реагируют с водой, образуя глицерин и жирные кислоты. Степень гидролиза жиров характеризуется содержанием свободных жирных кислот, ухудшающих вкус и запах продукта. Реакция гидролиза обратима и зависит от содержания в реакционной среде воды.   

   Гидролиз молекул жира протекает ступенчато. Промежуточными продуктами гидролиза жира являются ди– и моноглицериды, конечными – глицерин и жирные кислоты.

    Гидролиз жира может быть неферментативный и ферментативный. Неферментативный гидролиз протекает в жировой фазе и зависит от количества растворенной в жире воды. При низких отрицательных температурах гидролитического расщепления жиров не происходит. При пониженных температурах скорость гидролиза ничтожна, так как в жире растворено мало воды.

     Реакция гидролитического расщепления жиров ускоряется с повышением температуры, а также в присутствии щелочей и кислот. Реакция гидролиза идет глубоко при нагревании жиров выше 200 °С в присутствии воды. Под действием щелочей жиры гидролизуются более интенсивно, чем под действием кислот.

   Наличие сопутствующих веществ (белков, липидов и др.) в растительных маслах увеличивает скорость гидролиза жира, так как создается большая поверхность соприкосновения воды с жиром.

   Ферментативный гидролиз жиров происходит под действием липаз, которые могли быть в сырье и сохранились в готовом продукте, а также в том случае, если в процессе хранения в жиры попала микрофлора.

   Во время хранения животных жиров при низких минусовых температурах их гидролиз не происходит. В копченых колбасах, беконе, соленом шпике наблюдается глубокий гидролиз жиров при изготовлении и особенно при хранении. Количество свободных жирных кислот за первые два месяца хранения в них возрастает в 10–14 раз.

    При гидролизе жира происходит повышение кислотного числа. Кислотным числом называют количество миллиграммов едкого калия, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 грамме жира.  

    Кислотное число является основным химическим показателем качества жира.   

   По количеству свободных жирных кислот, содержащихся в жире, можно судить о его свежести, так как в природных жирах их находится мало. При неправильном хранении количество свободных жирных кислот возрастает, дальнейшее их окисление приводит к появлению пороков вкуса и запаха, а при более глубоком процессе – к непригодности жира для пищевых целей.

    При гидролизе белков белковая молекула расщепляется на пептоны (смесь полипептидов), далее на три– и дипептиды, а затем на альфа-аминокислоты.

Гидролитические процессы приводят к ухудшению вкуса и запаха продуктов, они часто являются причиной значительных потерь пищевых продуктов.

    Из других ферментативных процессов необходимо отметить автолиз (саморастворение). Этот процесс протекает в тканях мяса и рыбы под действием тканевых ферментов. В живых объектах ферментативные процессы обратимы – гидролиз веществ всегда сопровождается синтезом новых органических соединений.

    В неживых объектах (мясе, рыбе и др.) процессы синтеза прекращаются, и все реакции смещаются в сторону расщепления веществ.

    В результате автолиза происходят сложное превращение гликогена в молочную кислоту (гликолиз), а также различные преобразования белков мышечной ткани.

    Автолитические изменения в мясе подразделяют на две стадии: послеубойное окоченение и созревание.

   На первой стадии в мышечной ткани мяса, рыбы происходит накопление молочной кислоты, реакция среды смещается в кислую сторону, что приводит к изменению концентрации солей, уменьшению количества АТФ, а также вследствие этого к образованию нерастворимого белкового комплекса – актомиозина.

    На второй стадии вследствие биохимических процессов повышается рН и количество АТФ, происходит распад актомиозина на акти– и миозин, в связи с чем увеличивается растворимость миозина. Начинается протеолиз белков, в результате чего в мышечной ткани накапливаются пептиды и свободные аминокислоты. Повышается набухаемость белков. Созревание мяса сопровождается накоплением экстрактивных веществ, которые влияют на вкус и запах мяса. При распаде АТФ образуются адениловая и инозиновая кислоты, гипоксантин – соединения определяющие органолептические свойства мяса. При дезаминировании глутамина образуется глутаминовая кислота, участвующая в образовании вкуса мяса.

    В результате этих процессов увеличиваются нежность и сочность мяса, улучшаются его вкус и запах.

    При глубоком автолизе происходит распад белков, жиров, увеличивается отделение мясного сока, появляется неприятный кислый вкус.

    В рыбе автолитические изменения проходят очень быстро и приводят к ухудшению ее качества, а затем и к порче. Рыба пригодна в пищу лишь с начальными признаками автолиза.

Все биохимические процессы могут быть заторможены низкими температурами хранения.

2. Форма связи влаги в пищевых продуктах и их характеристика.   

     Понятие активности воды

     Вода в пищевых продуктах играет важную роль, так как обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.

     Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении устойчивости при хранении пищевого продукта важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

    Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

    Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами (белками, липидами и углеводами) химическими и физическими связями. Она существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств общей массы воды в той же системе, и не замерзает при –4 °С. Действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.

     Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при –5 °С, а полное замерзание наступает при –50 °С и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре –60 °С.

    Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов.

     Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента.

     Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою примыкает мультислойная вода, образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой – это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, поэтому ее свойства существенно отличаются от чистой воды.

     В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды.

    Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии, но в технологических процессах обработки она ведет себя, почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Таким образом, свойства этой воды как свободной несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах.

     Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса). Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.

    Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

    Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, которая сильнее связана, в меньшей степени способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

  2.1 Понятие активности воды

    Вода - важная составляющая пищевых продуктов. Она присутствует в разнообразных растительных и животных продуктах как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель, обусловливая их консистенцию и структуру и влияя на внешний вид, вкус и устойчивость продукта при хранении.

    Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в текстуру пищи.  

    Количество воды в пищевых продуктах влияет на их качество и сохраняемость. Скоропортящиеся продукты с повышенным содержанием влаги без консервирования длительное время не сохраняются.

    Вода, содержащаяся в продуктах, способствует ускорению в них химических, биохимических и других процессов. Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются. Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте.

    Многие виды пищевых продуктов содержат большое количество влаги, что отрицательно сказывается на их стабильности в процессе хранения.  

    Поскольку вода непосредственно участвует в гидролитических процессах, ее удаление или связывание за счет увеличения содержания соли или сахара тормозит многие реакции и ингибирует рост микроорганизмов, таким образом, удлиняя сроки хранения продуктов.

    Важно также отметить, что удаление влаги путем высушивания или замораживания существенно влияет на химический состав и природные свойства.

   Давно известно, что существует взаимосвязь (хотя и далеко не совершенная) между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей).

   Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

   Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, сильнее связанная, меньше способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

   Активность воды характеризует состояние воды в пищевых продуктах и её причастность к химическим и биологическим изменениям (таким, как гидролитические химические реакции и рост микроорганизмов). Это один из критериев, по которым можно судить об устойчивости пищевого продукта при хранении.

   Было установлено, что для сохранности пищевых продуктов имеет значение, в какой мере вода ассоциирована с неводным компонентом. Таким образом, термин «активность воды» введен, чтобы учесть соотношение свободной и связанной влаги в пищевом продукте.

   Активность воды (aw) определяется как количество воды в образце, доступной для роста микроорганизмов (бактерии, дрожжи и плесень).  

  Активность воды выражается в безразмерных единицах шкалы от 0 до 1, при этом чистая вода соответствует активности воды. Чем меньше массовая доля воды в продукте, тем ниже активность воды.

   К примеру, такие продукты, как сухофрукты, крекеры и макаронные изделия имеют низкие значения активности воды. Эти продукты имеют достаточно длительный срок хранения, поскольку содержат очень мало воды, доступной для роста микроорганизмов. А рост микроорганизмов, как известно, вызывает порчу продуктов и представляет угрозу здоровью потребителей.

    Несмотря на то, что существует зависимость между массовой долей воды и активностью воды в пищевых продуктах, эта зависимость не всегда может быть определена. Пищевые продукты могут содержать большое количество воды, но иметь низкое значение активности воды.

    Многие пищевые добавки в продукте могут «связывать» воду, делая её недоступной для развития микроорганизмов. Наиболее распространенные ингредиенты для «связывания» воды, это - сахар, соль (соль связывает в 6 раз больше воды, чем сахар), пектин и глицерин. Хорошим примером пищевого продукта, содержащего достаточное количество воды при низком значении активности воды, является желе.

    Сахар и пектин в джемах «связывают» воду, делая её недоступной для развития микроорганизмов. Мясные продукты, для которых контролируется активность воды с целью увеличения срока хранения, это - вяленое мясо, ветчина, колбаса, копчёная колбаса.

   Большинство мясных продуктов с низким значением активности воды имеют в составе соль для «связывания» воды. Также используется технология осушки для понижения массовой доли воды в продукте, что, в свою очередь, понижает активность воды.

    Известно, что между водой, химическими соединениями и биологической структурой пищевых продуктов происходят взаимодействия различного характера. А именно - вода является дисперсной средой для целого ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в продуктах питания.  

     В настоящие время изучены и определены пороговые значения Aw для большинства микроорганизмов, за пределами которых, замедляются или прекращаются процессы их роста. Так для большинства бактерий предельное значение Aw, обеспечивающие их нормальное развитие должно быть не ниже 0.90 - 0.99. Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже в пределах Aw = 0.85 - 0.65.

    По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов: продукты с высокой влажностью (Аw = 1.0 - 0.9);

продукты с промежуточной влажностью (Aw = 0.9- 0.6); продукты с низкой влажностью(Aw = 0.6 - 0.0).

    Стабильность пищевых продуктов и активность воды тесно связаны. В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена.

    В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль. При хранении пищевых продуктов активность воды оказывает влияние на жизнеспособность микроорганизмов. Поэтому активность воды в продукте имеет значение для предотвращения его микробиологической порчи. Дрожжи и плесени могут расти при более низких значениях активности воды.

    В основном порчу продуктов с промежуточной влажностью вызывают дрожжи и плесени, меньше - бактерии. Дрожжи вызывают порчу сиропов, кондитерских изделий, джемов, сушеных фруктов; плесени - мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов.

    Эффективным средством для предупреждения микробиологической порчи и целого ряда химических реакций, снижающих качество пищевых продуктов при хранении, является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для снижения активности воды используют такие технологические приемы, как сушка, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль и др.), замораживание. С целью достижения той или иной активности воды в продукте можно применять такие технологические приемы, как:

- адсорбция - продукт высушивают, а затем увлажняют до определенного уровня влажности;

сушка посредством осмоса - пищевые продукты погружают в растворы, активность воды в которых меньше активности воды пищевых продуктов.