Лекция 1.

      ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ       ПРОИЗВОДСТВ

      Основы  науки о питании

      Человек является биологическим субъектом, и потому ни одна, даже самая одухотворённая личность, не может обойтись без пищи. С продуктами питания человек получает пластический материал, необходимый для формирования и обновления собственных тканейи структур организма; резервные материалы, накапливаемые в некоторых тканях; регуляторы физиологических процессов - витамины,ферменты, гормоны. Пищевые продукты покрывают затраты энергии на осуществление различных физиологических процессов.  
     Питание человека должно быть рациональным-обеспечивающим основной и дополнительный обмен веществ в организме и осуществляться в соответствии c формулами сбалансированного питания. Основной обмен веществ и затраты энергии на него обусловлены физиологическими процессами, протекающими в организме, то есть процессами ассимиляции и диссимиляции. Дополнительный обмен веществ связан с затратами энергии на выполняемую работу. Концепция сбалансированного питания предусматривает обеспечение нормальной жизнедеятельности организма за счет обеспечения его необходимым количеством энергии и белка при оптимальном соотношении всех незаменимых компонентов пищи.

      Полезность  употребляемых пищевых продуктов  определяется их химическим составом и особенностями превращения отдельных компонентов пищи в организме человека. Совокупность полезных свойств продукта и его вкусовых достоинств называется пищевой ценностью. Пищевая ценность показывает, в какой мере продукт удовлетворяет потребности организма в веществах, необходимых: для построения тканей организма человека; для покрытия энергетических затрат; для осуществления физиологических и биохимических процессов.  
     Наличие в пищевых продуктах биологически активных веществ, которые не синтезируются ферментными системами организма и не могут быть заменены другими пищевыми компонентами, характеризуется биологической ценностью. Такие вещества называют незаменимыми (эссенциальными) факторами питания. Они должны вводится в организм с пищей. К незаменимым факторам относятся: белки, содержащие все незаменимые аминокислоты в количестве, необходимом для нормальной жизнедеятельности организма. Более полноценными являются белки животного происхождения; витамины; минеральные вещества; полиненасыщенные эссенциальные жирные кислоты (линолевая, линоленовая,арахидоновая). Они содержатся в растительных маслах.  
      В природе не существует пищевых продуктов, которые содержа ли бы все незаменимые компоненты пищи в оптимальных соотношениях. Поэтому разработаны формулы сбалансированного питания, которые учитывают дневную потребность человека в различных пищевых компонентах. Эта потребность зависит от пола, возраста, профессии человека, климатических условий, географического положения идругих факторов.

      Средней биологической нормой соотношения  между белками, жирами и углеводами является формула 1:1:4. Этой норме должен соответствовать пищевой рацион в целом. При составлении пищевого рациона необходимо также учитывать совместимость пищевых продуктов - концепция раздельного питания.  
      Физиологическая ценность продуктов определяется их способностью влиять на интенсивность протекания физиологических процессов (пищеварение, нервная и сердечно-сосудистая деятельность), сопротивляемость организма заболеваниям. К числу физиологически активных веществ относят кофеин чая и кофе, теобромин какао, этиловый спирт в напитках, экстрактивные азотистые вещества, возбуждающе действующие на нервную и сердечно -сосудистую системы. Иммунные тела молока и антимикробные вещества меда, репчатого лука повышают устойчивость организма к инфекционным заболеваниям.  
      Энергетическая ценность (калорийность) характеризуется количеством энергии, выделяющейся в организме в процессе биологического окисления продуктов. Коэффициенты энергетической ценности для важнейших пищевых продуктов составляют (в ккал или кДж на 1 г): белки - 4,0 или 16,7; жиры - 9,0 или 37,7; углеводы - 3,8 или 15,7. Энергетические потребности организма зависят от пола, возраста, характера деятельности человека, климатических условий и т.п. Суточная потребность взрослого человека – 2000-3000 ккал, при напряженной умственной работе – до 4000 ккал, при тяжёлой физической работе - 6000 ккал.

      При расчете энергетической ценности продуктов  питания необходимо учитывать усвояемость веществ, входящих в их состав, то есть степень использования организмом. По данным института питания Российской академии наук средняя усвояемость, %: углеводов - 95,6 (в том числе сахаров, меда - 100); белков - 84,5 (выше усвояемость животных белков); жиров - 94 (лучше усваиваются жидкие жиры). Фактическую энергетическую ценность продукта рассчитывают путем умножения соответствующего коэффициента калорийности на количество каждого пищевого компонента с последующим суммированием полученных величин.

      Органолептическая (сенсорная) ценность определяется органами чувств и характеризуется следующими показателями: вкус, запах, внешний вид, консистенция. Эти показатели зависят от качественного и количественного состава веществ.  
      Доброкачественность пищевых продуктов обусловлена пищевой, биологической и органолептической ценностями и пищевой безвредностью, то есть отсутствием вредных для организма человека веществ. К ним относятся: соли тяжёлых металлов; ядовитые алкалоиды; гликозиды; продукты распада органических веществ; токсины, выделяемые некоторыми плесневыми грибами и микроорганизмами.  
      Помимо природных токсических соединений в пищевых продуктах могут содержаться чужеродные вещества, представленные: специально добавляемыми при производстве пищевых продуктов (красители, ароматизаторы, разрыхлители, консерванты и т.п.); случайно по павшими в продукты (остатки вспомогательных материалов, используемых при производстве - катализаторы, экстрагенты, смазочные материалы, нейтрализаторы); ядовитые отходы промышленности и транспорта, попадающие из окружающей среды; вещества, применяемые в сельском хозяйстве (ядохимикаты, удобрения, биостимуляторы); образующиеся в процессе технологической обработки продуктов (меланоидины, продукты распада белков и жиров). Вредные вещества могут оказывать на организм человека общее раздражающее, аллергическое, канцерогенное действие или вызывать нарушение функций отдельных систем - нервной, кроветворной, дыхательной. Содержание посторонних веществ в пищевых продуктах не должно превышать предельно допустимых концентраций, то есть наибольший предел, установленный законодательно. При оценке доброкачественности пищевых продуктов следует обращать внимание на изменение органолептических показателей и пищевой ценности; на возможность попадания в них посторонних веществ или образования их в процессе производства и хранения; на соблюдение агротехнических, ветеринарных и технологических рекомендаций.  
      Институтом питания Российской академии наук разработаны научные рекомендации по потреблению пищевых веществ для основных групп населения. В них учтена потребность в зависимости от пола, возраста, профессии, климатической зоны, условий труда, занятий спортом. Взрослое население разделено на 4 группы по роду деятельности с двумя возрастными подгруппами (от 18 до 40 лет и от 40 до 60 лет) и две группы людей пенсионного возраста (от 60 до 70 лет и от 70 и старше). Учтено, что с возрастом постепенно снижается интенсивность основного обмена.

      В мировом масштабе проблемами продовольствия занимается ФАО - продовольственная и сельскохозяйственная организация в составе Организации Объединенных Наций. Согласно этим рекомендациям суточная потребность взрослого человека составляет (в среднем): воды - 2 л (или 30 г на 1 кг массы); углеводов - 500 г, в том числе сахаров не более 100 г; жиров - 100 г, в том числе растительных не менее 30 г; белков - 100 г, в том числе животных не менее 60 г; клетчатки - 25 г; минеральных веществ - 25 г; витамины; аминокислоты.  
 

      Лекция 2.

      Химический состав пищевых продуктов

      Пищевые продукты  по химическому  составу подразделяются  на: неорганические вещества: вода; минеральные соединения; органические вещества: углеводы; белки и небелковые азотистые вещества; жиры и жироподобные вещества; витамины; ферменты; гликозиды; дубильные вещества; ароматические вещества; красящие вещества.

      Неорганические  вещества

      В о д а имеет важное значение для существования всех живых организмов. Она участвует в процессах кровообращения, дыхания,пищеварения. Вода - основная среда, в которой протекают все химические реакции. Вода составляет более 60 % массы тела человека. Потеря 10 % влаги нежелательна, 20 % - губительна для живых организмов.

      По  содержанию влаги пищевые продукты можно условно разделить на воздушно-сухие: сахар-рафинад - 0,03 % растительное масло - 0,1 %; сахар-песок - 0,14 %; шоколад - 1,2 %; карамель леденцовая - 3,0 %; сухое молоко - 4-7 %; печенье, сухари - 8-10 %; макаронные изделия - 13 %; зерно, крупа, мука - 14-15 %; средне-влажные: сыр - 40 %; хлеб - 48-49 %; высоковлажные: мясо- 65-70 %; рыба - 70-80 %; колбаса вареная - 65 %; яйца куриные - 75 %; картофель, сахарная свекла - 75 %; плоды свежие - 80-90 %; молоко цельное - 88,5 %; огурцы - 95 %; вода: минеральная; питьевая; дистиллированная.  
      Массовая доля влаги во многих продуктах нормируется стандартами, где указывается верхний предел её содержания, не более, так как от влажности зависит не только качество и сохраняемость, но и пищевая ценность продуктов. Зная содержание влаги, можно рассчитать массу сухого вещества и наоборот: СВ=100-W; W=100-СВ.

      Пищевые продукты с высоким содержанием  влаги являются скоропортящимися,так как в водной среде хорошо развиваются микрооpганизмы и активно протекают химические и биохимические реакции. Исключение составляют свежие фрукты и овощи, которые при испарении влаги увядают.  
     Воду, находящуюся в пищевых продуктах, обычно делят на свободную и связанную. Свободная вода представляет собой либо клеточный сок, либо мельчайшие капли, находящиеся в массе и на поверхности продуктов, либо влагу, удерживаемую микро- и макрокапиллярами. Свободная вода имеет слабую физико-химическую связь с частицами продукта и сохраняет все свойства чистой воды: подвижность, способность быть растворителем и замерзать при 0 градусов. Свободная вода активизирует биохимические и микробиологические процессы и легко удаляется при высушивании.

      Связанная вода прочно соединена с компонентами продукта. Наиболее прочной является химическая связь. Она представлена в виде гидроксильных групп, образующихся в результате химической реакции - гидратации. Адсорбционное связывание влаги обусловлено полярным взаимодействием молекул воды с макрочастицами белков и крахмала. В результате коллоидные частицы покрываются полимолекулярным силовым полем по лиофильным группам у поверхности раздела частиц-мицелл с окружающей средой. Количество влаги, поглощаемой таким образом, находится в обратной зависимости от исходной влажности коллоидного материала. Следовательно, гидратация есть процесс при соединения абсорбционной влаги, а гидратационная влага есть мера адсорбционной влажности. Влага в адсорбционном слое находится в уплотненном состоянии, она не является растворителем, имеет плотность больше единицы. Достигнув предела гидратационного поглощения влаги, коллоидные тела продолжают процесс присоединения влаги, но уже под влиянием не полярных сил, а сил осмотического давления. Осмотическое поглощение влаги вызывается наличием внутри коллоидной частицы водорастворимых частиц. Разность концентраций на границе дисперсных фаз создает разность осмотического давления, под воздействием которого влага проникает вглубь коллоидной частицы. Поглощение влаги таким путем называется сорбцией или набуханием. Сорбционная влага состоит из влаги осмотической и иммобилизованной, то есть захваченной структурой, образующей вместе с адсорбционной влагой сольватную оболочку вокруг частицы. Механизм проникновения осмотической воды в элементы пищевых продуктов имеет некоторые отличия. В биологическом организме проникновение воды идет не только по классическим законам физики, но и с учетом биологических особенностей клетки. Она становится составной частью цитоплазмы и клеточного сока, заполняющего вакуоли, затем вступает в различные физические и химические взаимодействия с компонентами клетки. Все сложные превращения внутри клетки происходят с участием воды. Для удаления связанной влаги необходимо затратить дополнительно энергию на преодоление этой связи. Химически связанная влага удаляется только в результате химических реакций. Связанная влага повышает устойчивость живых организмов к неблагоприятным условиям окружающей среды, но в растительных и животных тканях преобладает свободная влага.

      Функции воды в организме важны и разнообразны. Вода является дисперсной средой для лимфы, крови и протоплазмы, определяя коллоидное состояние этих систем; выполняет транспортные функции в процессе обмена веществ; играет важную роль в осмотических процессах, протекающих в организме; служит катализатором протекающих в нем реакций; будучи хорошим проводником тепла, вода способствует выравниванию температуры в организме, являясь терморегулятором.

      В сутки взрослому человеку требуется  в среднем 1800-2200 см³  воды; из них: 800-1000 см³  поступает с напитками; 1000-1100 см³ - с первыми и вторыми блюдами; 300 см³ образуется в результате биологического окисления белков, жиров и углеводов. Примерно такое же количество воды ежесуточно выводится из организма.

      В технологии пищевых производств  вода используется:  
- для приготовления растворов с целью облегчения перемешивания и дозирования (соль, сахар);

      - для разбавления (патоки, муки, дрожжей);

      - для мытья тары, сырья, оборудования;

      - для получения пара;

      - для транспортировки; 

      - для нагревания;

      -для  охлаждения.

      Минеральные вещества, содержание которых в тканях выражается целыми и десятыми долями процента, называют макроэлементами, менее 0,1 - микроэлементами.  
      К макроэлементам относят кальций, фосфор, калий, натрий, магний, хлор, железо. Из всех минеральных солей в организме человека около 60 % приходится на кальций. Основная масса кальция входит в состав костной и зубной тканей. Среди биологически активных веществ, регулирующих обмен кальция в организме, особую роль играет витамин D: при его недостатке замедляется формирование костной ткани и развивается болезнь - рахит. Велика роль кальция в механизме мышечной деятельности. Он является промежуточным звеном при соединении мышечных белков актина и миозина, катализирующих расщепление АТФ и выделение энергии для мышечных сокращений. Кальций относится к труднорастворимым элементам, так как все его соли, за исключением хлорида кальция, труднорастворимы. Лучше всего кальций усваивается при молочной диете. Источником кальция для организма человека являются молочные продукты, особенно творог и сыр, питьевая вода, зеленый лук, петрушка.  
      Фосфор, как и кальций, входит в состав костей и зубов, содержится в нервных и мозговых тканях, в ядрах клеток и некоторых ферментах. При недостатке фосфора нарушается структура костей, снижается работоспособность. Фосфор легко усваивается организмом, особенно из продуктов животного происхождения - печень, рыба, мясо, яйца.

      Одна  из наиболее важных функций калия, натрия и хлора - поддержание постоянного состава крови и осмотического давления, от которого зависит количество воды, удерживаемой организмом. Кроме того, ионы K и Na определяют водопоглатительную способность белков: соли Na её повышают, К - снижают. Источниками калия являются продукты растительного происхождения: картофель, капуста, орехи, изюм, курага и другие. Потребности в натрии и хлоре удовлетворяются, в основном, за счет поваренной соли.  
      Соединения железа играют особую роль в процессах кроветворения, поэтому для постоянного обновления крови необходимо постоянное поступление в организм солей железа. Источником железа служат продукты животного происхождения - печень, мясо, рыба, яйца. Из них железо усваивается на 20 %, из растительной пищи - на 6 %.