YWNOŚĆ

to mieszanina o złożonym składzie:

 substancje pożądane:

 budulcowe (białka, związki mineralne)

 energetyczne (sacharydy i lipidy)

 regulacyjne (witaminy)

 nadające pożądane cechy sensoryczne (aromaty, barwniki, alkohole)

 kształtujące cechy użytkowe – w tym reologiczne (regulatory kwasowości, substancje zagęszczające)

substancje niepożądane:

 zanieczyszczenia

 związki szkodliwe

 w celu nadania produktom spożywczym oczekiwanych właściwości stosowane są substancje dodatkowe:

 barwniki

 substancje konserwujące

 przeciwutleniacze

 emulgatory

 substancje zagęszczające i żelujące

 stabilizatory

 regulatory kwasowości

 substancje słodzące

 substancje wzmacniające smak i zapach

 substancje spulchniające

 substancje utrzymujące wilgotność

 substancje wypełniające

 substancje pianotwórcze

 substancje aromatyczne

 oprócz składników o charakterze budulcowym i energetycznym, duży nacisk kładzie się na wrażenie sensoryczne –

smakowe i zapachowe (wrażenia sensoryczne są jednym z najważniejszych czynników decydujących o ponownym
zakupie produktu)

 kwasy i hydroksykwasy organiczne (np. kwasy: jabłkowy, cytrynowy, winowy, szczawiowy i bursztynowy)

występujące w owocach w postaci wolnej lub w warzywach związane w solach wapnia, potasu i sodu → nadają

smak i obniżają pH ograniczając jednocześnie rozwój drobnoustrojów

 metyloketony powstające podczas jełczenia ketonowego tłuszczów ( -oksydacja) w bardzo małych ilościach

(1 ppm) nadają korzystne cechy smakowo-zapachowe serom dojrzewającym, ale w większych ilościach (60 ppm)

dyskwalifikują tłuszcz przed wykorzystaniem do celów spożywczych

FAŁSZOWANIE PRODUKTÓW SPO YWCZYCH

może pociągnąć za sobą, oprócz obniżenia jakości, zagrożenie dla zdrowia konsumentów – w przypadkach, gdy

prowadzi do ukrywania wad i szkodliwości produktów.
Najbardziej znanymi substancjami

służącymi do fałszowania żywności są:

 woda rozcieńczająca mleko, soki i piwo,

 kawa zbożowa i prażone korzenie cykorii dodawane do naturalnej kawy,

 olej rzepakowy dodawany do słonecznikowego i sojowego,

 glikol etylenowy osładzający wino,

 smalec i przetworzone tłuszcze roślinne dodawane do masła,

 mąka ryżowa i pasza kukurydziana fałszujące droższe gatunku mąki,

 galaretka jabłkowa używana zamiast droższych przetworów owocowych,

 skrobia dodawana do rozcieńczonej śmietany,

 dodatek sody oczyszczonej maskuje rozwój drobnoustrojów chorobotwórczych w mleku.

mogą zostać wprowadzone do żywności na etapie wzrostu roślin i zwierząt (np. metale ciężkie),

podczas wytwarzania żywności (konserwanty, katalizatory technologiczne) i podczas

bezpośredniego przygotowywania do spożycia (N-nitrozoaminy)

Substancje dodatkowe mogą pełnić jednocześnie 2- lub więcej

różnych funkcji.

Podczas produkcji żywności stosuje się dodatek kilku substancji

konserwujących (np. benzoesanów – hamujących rozwój drożdży,

pleśni oraz bakterii z pochodnymi tlenku siarki(IV) –

inhibitujących bakterie mlekowe i octowe). Ponad to substancje

te działają na siebie synergistycznie – pozwalają zmniejszyć

dodawaną porcję środka konserwującego.

BIAŁKA

 podstawowe składniki odżywcze i główne źródło związków azotowych w artykułach żywnościowych → zawartość

białka w produktach spożywczych stanowi jeden z czynników określających ich wartość odżywczą

 białka wykazują funkcje budulcowe, regulacyjne (enzymy, hormony), ale także kształtują cechy sensoryczne

 białka to liniowe produkty kondensacji ok. 20 -L-aminokwasów połączonych wiązaniami trans-peptydowymi,

których wzajemna konformacja nadaje charakterystyczne właściwości biologiczne i żywieniowe białek

 struktura molekularna białek:

I-

rzędowa: kolejność (sekwencja) ułożenia aminokwasów stabilizowana przez wiąz. peptydowe i determinująca

właściwości cząsteczki

II-

rzędowa: przestrzenna konformacja: -helisa lub -harmonijka stabilizowana przez wiąz. wodorowe

III-

rzędowa: struktura II-rzędowa zwinięta w przestrzenną bryłę i stabilizowana przez wiele rodzajów wiązań (m.in.

wodorowe, hydrofobowe, jonowe, mostki siarczkowe i oddziaływania Van der Waalsa) determinująca

aktywność biologiczną białek

IV-

rzędowa: białka o dużej masie cząsteczkowej złożone z mniejszych podjednostek

 punkt izoelektryczny – wartość pH przy której cząsteczki białka są obdarzone jednakową liczbą ładunków

elektrycznych dodatnich i ujemnych

– są elektrycznie obojętne

 cząsteczka białka staje się dipolem z powodu nierównomiernego rozmieszczenia grup anionowych i kationowych

 w punkcie izoelektrycznym białko wykazuje najmniejszą rozpuszczalność i najłatwiej można je wytrącić z

roztworu

 powyżej pkt. izoelektrycznego (po stronie zasadowej) białko występuje w formie anionu, a poniżej (po stronie

kwasowej) w formie kationu

OZNśCZśNIE ZśWśRTO CI BIśŁKś

 metoda pośrednia związana z oznaczeniem zawartości azotu (średnia zawartość azotu w białku produktów

spożywczych wynosi ok. 16%)

 aby uwolnić azot z aminokwasów stosuje się mineralizację w stęż. kwasach (H

2

SO

4

) lub w przypadku niektórych

produktów mlecznych w stężonych roztworach wodorotlenków (NaOH, KOH)

 azot wydziela się w postaci amoniaku

REAKCJA BIURETOWA

:

 reakcja charakterystyczna białek i związków zawierających wiązanie peptydowe (-CO-NH-), np. biuret

 w środowisku alkalicznym (Np. NaOH) w obecności jonów miedzi Cu

2+

(np. CuSO

4

)

tworzą się barwne kompleksy

 barwa kompleksów zależy od długości łańcucha polipeptydowego (liczby wiązań peptydowych):

dipeptydy

→ niebieskie

tripeptydy

→ fioletowe

p

olipeptydy → czerwone

PRÓBś KSśNTOPROTEINOWś

 białka poddane działaniu stężonego kwasu azotowego(V) (HNO

3

) barwią się na kolor żółtopomarańczowy

 reakcja ta polega na nitrowaniu aminokwasów zawierających pierścień aromatyczny (tyrozyna, fenyloalanina,

tryptofan)

 białko ogrzewane w środowisku zasadowym ulega przemianom powodującym zmianę jego struktury oraz zawartości

niektórych aminokwasów (w przypadku cysteiny i cystyny produktem ubocznym jest siarkowodór)

DENATURACJA BIAŁKA

 nieodwracalne zmiany w strukturze cząsteczek białka, w wyniku których białko traci swoje charakterystyczne

właściwości biologiczne i fizykochemiczne

 trwałość białek wiąże się z ich przestrzenną konfiguracją → podczas denaturacji pod wpływem czynników

fizycznych lub chemicznych następuje deformacja lub zniszczenie struktur, na skutek zmian w wiązaniach

stabilizujących

 wywoływana przez:

wysoką temperaturę

promieniowanie ultrafioletowe lub jonizujące

stężone kwasy i zasady

sole metali ciężkich (jony)
alkohole i etery

 większość białek traci stabilność swojej natywnej struktury w temp. ok. 60°C

 w trakcie procesu denaturacji cieplnej białka dochodzi do osłabienia lub rozpadu wiązań stabilizujących

strukturę II-, III- lub IV-rzędową

 zmiany te powodują rozrywanie, rozwinięcie lub rozfałdowanie łańcuchów polipeptydowych i nowe, często

przypadkowe zwinięcie łańcucha denaturowanego białka

 w czasie takich przekształceń w cząsteczce białka następuje odsłanianie nowych wiązań i grup funkcyjnych

(np. grupy niepolarne = hydrofobowe są odsłaniane, a grupy polarne – hydrofilowe chowane do wewnątrz →

denaturujące białko uwalnia znaczne ilości związanej wody)

 w niektórych przypadkach poprzez denaturację cieplną białka uzyskuje się inaktywację enzymów niekorzystnie

wpływających na właściwości produktu (np. blanszowanie kostki jabłkowej)

KOAGUŻACJA BIAŁKA

 denaturacja cieplna białek w odpowiednich warunkach prowadzi do łączenia się układu koloidalnego białek

w większe zespoły → rozwinięcie łańcuchów polipeptydowych i ich połączenie w duże agregaty

 przy wysokim stężeniu białek rozpuszczalnych ich denaturacja i koagulacja prowadzi do utraty płynności –

powstaje stała masa (żel), w której połączone łańcuchy białka tworzą przestrzenną sieć, w której „oczkach”

zostaje zatrzymana cała woda

 zdolność białek do tworzenia żelu zależy od długości łańcucha białka i sposobu jego pofałdowania w wyniku

denaturacji

(im dłuższy i bardziej wyprostowany, tym mniej łańcuchów potrzeba do wytworzenia żelu)

 odporność żelu na ogrzewanie zależy od ilości reszt hydrofobowych w łańcuchach bocznych aminokwasów

> 30% =

żele nie ulegające upłynnieniu w wysokiej temperaturze (np. białko jaja kurzego)

< 30% = żele ulegające upłynnieniu po ogrzaniu, a po ochłodzeniu ponownie żelujące (np. kolagen)

 tworzenie żelu jest ważnym zjawiskiem nadającym odpowiednie cechy strukturalne wielu produktom spożywczym

i potrawom (m.in. wędlinom drobnozmielonym, galaretom mięsnym i rybnym, deserom zestalanym żelatyną, serom
i potrawom z sera)

 stopień i jakość usieciowania kolagenu oraz jego współdziałanie z innymi składnikami tkanek łącznych wpływa na

kruchość mięsa po obróbce cieplnej

WYSAŻANIE BIAŁKA

 odwracalne przemiany w przestrzennej konfiguracji białek

 rozpuszczalność białek w wodzie zależy od ich powinowactwa do wody (zdolności do hydratacji) → w roztworach

wodnych cząsteczki wody tworzą otoczkę wokół obdarzonych ładunkiem białek, zmniejszając ich wzajemne

oddziaływanie i stabilizując układ koloidalny

 zobojętnienie ładunków elektrostatycznych makrocząsteczek białek powoduje ich agregację i wydzielenie się z

roztworu

→ wzrost stężenia soli zmniejsza rozpuszczalność białek i następuje ich wytrącanie z roztworu

 dokonuje się tego przez odpowiednio dobrane pH (punkt izoelektryczny) lub przez dodatek niektórych soli (Na

2

SO

4

,

NaCl, MgSO

4

, (NH

4

)

2

SO

4

) które adsorbują się na powierzchni białek i zobojętniają ładunek

FERMENTACJA MLEKA

 przemiany mikrobiologiczne zachodzące w mleku podczas przechowywania wywołane działaniem bakterii kwasu

mlekowego (m.in. bacillus Delbrucki)

 podczas tego procesu mono- i disacharydy ulegają przemianie do kwasu mlekowego, który dysocjując wywołuje

kwaśny odczyn pH mleka

 w środowisku kwaśnym następują zmiany konformacji białek (wywołane zmianami ładunku i jego rozkładu na

łańcuchach aminokwasowych), co powoduje zmiany ich rozpuszczalności → białka zostają wytrącone, a mleko

ulega „zakwaszeniu”

 sztuczne alkalizowanie mleka jest niedozwoloną metodą jego fałszowania – substancja alkalizująca wiąże wolne

protony powstającego kwasu mlekowego, przez co białka pozostają w stabilnej konformacji

CUKRY PROSTE i OLIGOSACHARYDY

hydroksyaldehydy (aldozy) / hydroksyketony (ketozy)

GLIKOZYDY

 są szczególnym przykładem acetali zbudowanych z jednostki cukrowej (glukozy) i aglikonu (np. reszty alkoholu,

fenolu, aminy, kwasu organicznego)

glukoza z metanolem

– tworzy 2 anomeryczne glikozydy:

-O-metylo-D-glukozyd i -O-metylo-D-glukozyd

 aglikon może być połączony za pomocą tlenu (O-glikozydy), azotu (N-glikozydy), siarki (S-glikozydy)

 anomery glikozydów są dużo trwalsze od anomerycznych postaci cukrów i nie redukują odczynnika Fehlinga ani

Benedicta

 glikozydami są m.in. nukleozydy (składniki DNA i RNA), antocyjany (barwniki), streptomycyna (antybiotyk)

 szczególnym przypadkiem glikozydów są HOLOZYDY, w których aglikonem jest reszta cukrowa – np. cukry złożone

CZYNNO Ć OPTYCZNś CUKRÓW:

 cukry są związkami optycznie czynnymi, tzn. mają zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego

 czynność optyczna jest konsekwencją asymetrycznej budowy cząsteczek (występowanie asymetrycznych atomów

węgla → atomów węgla, którego 4 wiązania wysycone są różnymi podstawnikami)

 w związku z asymetrycznością cząsteczki cukru mogą występować w 2 odmiennych formach przestrzennych, które

są swoimi wzajemnymi, nienakładanymi odbiciami lustrzanymi –

CHIRśLNO Ć

 izomery optyczne mają zbliżone właściwości chemiczne i fizyczne, ale różnią się kątem skręcania płaszczyzny

światła spolaryzowanego

odmiana prawoskrętna (+)
od

miana lewoskrętna (-)

STEREOIZOMERIA = izomeria optyczna

:

 ENANCJOMERY: pary cukrów będących swoimi wzajemnymi odbiciami lustrzanymi

(np. D-(+)-glukoza i L-(-)-glukoza)

DIASTEREOIZOMERY

:

izomery różniące się przestrzenną konfiguracją przy asymetrycznych atomach węgla, ale nie

są dla siebie enancjomerami
(np. D-(+)-

glukoza ma 14 innych izomerycznych D i L aldoheksoz z pominięciem L-(-)-glukozy)

 EPIMERY – różnią się ułożeniem podstawników przy jednym centrum asymetrii

 ANOMERY – różnią się ułożeniem podstawników przy węglu anomerycznym (nowym, asymetrycznym atomie

węgla, wytworzonym przy zamknięciu pierścienia) → w przypadku aldoz C

1

/ ketoz C

2

cukry proste

(monosacharydy)

mannoza

galaktoza

glukoza

fruktoza

ryboza

deoksyryboza

cukry zło one

dwucukry

(disacharydy)

2 monozy

maltoza (2x glukoza)

sacharoza (glukoza + fruktoza)

laktoza (glukoza + galaktoza)

kilkocukry

(oligosacharydy)

3-6 monoz

wielocukry

(polisacharydy)

> 6 monoz

skrobia

glikogen

celuloza

krystaliczne, dobrze rozpuszczalne w H

2

O,

słodki smak

analogicznie: O-fruktozydy i O-mannozydy

BUDOWś PIER CIENIOWś

 oprócz formy łańcuchowej cukry mogą tworzyć pierścienie heterocykliczne

forma

łańcuchowa

↔

forma pierścieniowa

TAUTOMERIA

= zjawisko występowania związków chemicznych w dwóch postaciach izomerycznych mogących

swobodnie przechodzić jedna w drugą

 cukry pierścieniowe zalicza się do cyklicznych półacetali/półketali, które tworzą się w wyniku reakcji

aldehydu/ketonu z alkoholem

 półacetale (półketale) tworzą się gdy wodzian aldehydu (ketonu) reaguje z jedną cząsteczką alkoholu, z kolei

acetale (ketale)

w przypadku reakcji z dwiema cząsteczkami alkoholu

 podczas cyklizacji cukrów grupa karbonylowa reaguje z grupą hydroksylową tworząc półacetalową/półketalową

formę cykliczną

 atom tlenu grupy karbonylowej wiąże się z atomem tlenu grupy hydroksylowej

ALDOZY C

1

z C

4

KETOZY C

2

z C

5

ALDOZY C

1

z C

5

KETOZY C

2

z C

6

 utworzenie formy cyklicznej powoduje powstanie w cząsteczkach nowego asymetrycznego atomu węgla i

zwiększenie liczby izomerów

 każdy monocukier cykliczny może występować w dwóch odmianach: i

dla szeregu D:

forma = grupa hydroksylowa przy at. C

1

występuje po prawej stronie we wzorze rzutowym Fishera

występuje pod powierzchnią pierścienia w perspektywie Hawortha

forma = grupa hydroksylowa przy at. C

1

występuje po lewej stronie we wzorze rzutowym Fishera

występuje nad powierzchnią pierścienia w perspektywie Hawortha

dla szeregu L zależności są odwrotne

powstaje 5-

członowy pierścień tetrahydrofuranu

FURśN → furanoza

powstaje 6-

członowy pierścień tetrahydropiranu

PIRśN → piranoza

MUTAROTACJA

 przechodzenie form anomerycznych jedna w drugą ( ↔ )

 zachodzi w wodnych roztworach mono- i oligosacharydów

 formy i różnią się przede wszystkim skręcalnością właściwą

dla -D-

glukozy +112,2°

dla -D-glukozy +19°

 wzajemne stopniowe przechodzenie form zachodzi aż do ustalenia się stanu równowagi dynamicznej

EPIMERYZACJA

 specyficzna izomeryzacja heksoz, zachodząca w r-r rozcieńczonych wodorotlenków

 podczas tej przemiany następuje przegrupowanie podstawników przy atomach C

1

i C

2

→ tworzy się enodiol, który

jest w równowadze z ketozą i dwoma aldozami

 aldozy są dla siebie epimerami – izomerami o różnej konfiguracji przy tylko jednym chiralnym atomie węgla (ale

różnym od C

1

), z kolei ketoza jest dla nich izomerem konsytucyjnym

 ogrzewanie cukrów w stężonych r-r zasad powoduje przesunięcie wiązania enolowego w inne pozycje szkieletu

węglowego, wraz z przemianami polimeryzacyjnymi i degradacyjnymi → zmiana zabarwienia na żółte, czerwone

aż do czarnego oraz wydzielanie się zapachu karmelu (próba Mohra)

UTLENIANIE

 przebieg utleniania jest uzależniony od rodzaju utleniacza

 w zależności od warunków reakcji produktami utleniania są:

 kwasy glikonowe (aldonowe, onowe) → utlenienie grupy aldehydowej/ketonowej (woda bromowa, odczynnik

Tollensa, odczynnik Trommera)

 kwasy glikarowe (aldarowe, cukrowe) → utlenienie krańcowych atomów węgla (HNO

3

w obecności tlenu

i katalizatora platynowego)

 kwasy glikuronowe (uronowe) → utlenienie atomu C

6

i wcześniejsze zablokowanie grupy

aldehydowej/ketonowej

 kwas i aldehyd mrówkowy → rozerwanie wiązań C-C w pierścieniu (meta jodan(VII) HIO

4

)

śNśLIZś JśKO CIOWś I ILO CIOWś CUKRÓW

 reakcje utleniania, redukcji, kondensacji oraz odwodnienia sacharydów wykorzystywane są do ich analizy

jakościowej i ilościowej

PRÓBA FEHLINGA → cukry redukujące

 utleniane cukrów w środowisku zasadowym (NaOH) do hydroksykwasów, a jony Cu

2+

(pochodzące z kompleksu

z winianem sodowo-potasowym) redukowane do Cu

2

O

 redukcja kationów miedzi powoduje wytworzenie nierozpuszczalnego tlenku miedzi(I) o barwie ceglastoczerwonej

P

RÓBA BENEDICTA → cukry redukujące

 utlenianie sacharydów w środowisku zasadowym (Na

2

CO

3

), połączone z redukcją jonów Cu

2+

(z kompleksu

z cytrynianem) do Cu

2

O

 osad tlenku miedzi(I) w miarę zwiększania agregacji cząsteczek zmienia barwę od zielonej, przez żółtą do

ceglastoczerwonej

PRÓBA BARFOEDA → rozróżnienie redukujących cukrów prostych od dwucukrów

 utlenianie sacharydów w środowisku lekko kwaśnym (kwas mlekowy), połączone z redukcją jonów Cu

2+

(z

kompleksu winianem)

 odpowiednio dobrany czas reakcji pozwala na rozróżnienie cukrów prostych i dwucukrów (glukoza – szybko;

laktoza

– wolno)

PRÓBA SELIWANOWA → rozróżnienie aldoz i ketoz

 odczynnik Seliwanowa (H

2

O + HCl + rezorcyna)

 rezorcyna daje barwne kompleksy z pochodnymi cukrów, powstającymi podczas odwodnienia z użyciem

stężonego kwasu mineralnego

 KETOZY → barwa łososiowa → szybko ulegają reakcji (fruktoza, sacharoza)

ALDOZY

→ wolno ulegają reakcji (maltoza, glukoza)

PRÓBA MOLISCHA → rozróżnienie cukrów od innych zw. organicznych

 reakcja z -naftolem w środowisku kwaśnym H

2

SO

4

 furfuralowe produkty odwodnienia cukrów dają kompleksy o czerwonowiśniowej barwie

 bardzo czuła reakcja dająca pozytywny wynik nawet w śladowej obecności cukrów (pozytywny wynik reakcji

dają niektóre związki nie będące cukrami: aceton, aldehydy)

 praktyczną wartość ma ujemny wynik reakcji, jako wykluczający obecność cukru

PRÓBA BIALA → rozróżnienie pentoz i heksoz

 reakcja z orcyną w środowisku kwaśnym HCl

 furfuralowe produkty odwodnienia cukrów dają barwne kompleksy z orcyną

PENTOZY: furfural + orcyna → ciemnozielony

HEKSOZY: hydroksymetylofurfural + orcyna → żółtobrązowy

PRÓBA TAUBERA → rozróżnienie pentoz i heksoz

 barwna reakcja z benzydyną

 PENTOZY: czerwonowiśniowe

HEKSOZY:

żółte/brunatne

dla glukozy: kwas glukonowy, cukrowy, glukuronowy
dla galaktozy

: kwas galaktonowy, śluzowy, galakturonowy

PRÓBA TOLLENSA → rozróżnienie pentoz i heksoz

 reakcja z fluoroglucyną w środowisku kwaśnym HCl

 wynik analogiczny jak w przypadku próby Traubera

REAKCJA Z ANTRONEM

→ rozróżnienie cukrów od innych zw. organicznych

 reakcja z antronem

 odwodnione cukry (furfurale) tworzą niebieskozielony związek

POLISACHARYDY

 podstawowa forma występowania węglowodanów w komórkach

 są związkami optycznie czynnymi, ale nie wykazują właściwości redukujących i nie mają smaku słodkiego

 podział ze wzg. na pełnione funkcje biologiczne:

polisacharydy szkieletowe = budulcowe (np. celuloza, chityna, pektyny)

 zazwyczaj nierozpuszczalne w wodzie i pęczniejące w bardzo małym stopniu

polisacharydy zapasowe (np. skrobia, glikogen)

 duża zdolność pęcznienia i łatwość tworzenia roztworów koloidalnych

 podział ze wzg. na strukturę chemiczną:

homopolisacharydy

 cząsteczki zbudowane z reszt tych samych monosacharydów

 glukany (złożone z glukozy → skrobia, glikogen, celuloza)

fruktany

(złożone z fruktozy → inulina)

mannany

(złożone z mannozy → mannan)

galaktazy

(złożone z galaktozy → galaktogen)

heteropolisacharydy

 cząsteczki zbudowane z reszt różnych monosacharydów, niekiedy dodatkowo połączonych związkami

niecukrowymi

 np. glikolipidy, polisacharydy kwaśne, mukopolisacharydy

HYDROKOLOIDY

 wielkocząsteczkowe związki hydrofilowe wykazujące duże powinowactwo do wody

 są głównie produktami pochodzenia roślinnego – naturalnymi lub modyfikowanymi (większość polisacharydów

zaliczana jest do hydrokoloidów)

 w wodzie hydrokoloidy dobrze się rozpuszczają, rozpraszają lub silnie pęcznieją

 wykazują właściwości emulgujące, stabilizujące, wypełniające i teksturo twórcze

 hydrokoloidy zwiększają lepkość roztworów lub tworzą żele (lepkość r-r hydrokoloidów rośnie w miarę wzrostu

ich stężenia)

 ogrzewanie r-r hydrokoloidów do temperatur wyższych niż temperatura, w której osiągają maksymalną lepkość,

przyczynia się do obniżenia ich lepkości na skutek degradacji polimeru

 ochładzanie gorących r-r hydrokoloidów prowadzi do wzrostu ich lepkości, co spowodowane jest rozpoczęciem

procesu żelowania

NIESKROBIOWE HYDROKOLOIDY POLISACHARYDOWE

 ich cechą funkcjonalną jest zdolność do tworzenia żeli już przy niskim ich stężeniu (0,1-0,5%)

 siła żelowania polisacharydu zwiększa się wraz ze wzrostem ciężaru cząsteczkowego, a maleje wraz ze wzrostem

stopnia jego rozgałęzienia

 żelowanie hydrokoloidów może zachodzić pod wpływem różnych czynników:

 temperatury (np. guma ksantanowa)

 związków chemicznych (np. alginiany tworzą wiązania chemiczne z metalami, tj Ca, Mg)

 działania synergistycznego dwóch różnych koloidów (np. guma ksantanowa i galaktomannany)

 hydrokoloidy nieskrobiowe pełnią funkcję zagęstników, stabilizatorów, emulgatorów oraz środków żelujących

SKROBIA

 zapasowy węglowodan roślinny, gromadzony głównie w nasionach (ziarnach zbóż), owocach i bulwach ziemniaka

 występuje w postaci ziaren o zróżnicowanym kształcie i wielkości

 nie jest substancją jednorodną – oprócz składnika węglowodanowego zawiera minimalne ilości substancji

mineralnych oraz nieznaczne ilości wyższych kwasów tłuszczowych

 frakcje skrobi:

AMYLOZA

→ frakcja liniowa

→ długie, nierozgałęzione łańcuchy utworzone z reszt D-glukopiranozy połączonych wiąz. -1,4-glikozydowymi

→ stopień polimeryzacji: 250 – 1000 reszt glukozowych

→ 15-30% udziału w skrobi

→ dobrze rozpuszczalna w wodzie i podatna na hydrolizę (w r-r wodnych łańcuch zwija się w spiralę)

AMYLOPEKTYNA

→ frakcja rozgałęziona

→ od liniowych łańcuchów (analogicznych do amylozy) co 24-30 reszt glukozowych poprzez wiązania rozgałęziające

-1,6-

glikozydowe odchodzą łańcuchy boczne

→ stopień polimeryzacji: ok. 1000 reszt glukozowych

→ 40-85% udziału w skrobi

→ nierozpuszczalna w wodzie i trudno ulega hydrolizie (w r-r wodnych tylko zewnętrzne łańcuchy wykazują

skłonność do przyjmowania struktury spiralnej)

 w roztworach zawierających wolny jod i jony jodkowe (płyn Lugola) ziarna skrobi barwią się na kolor

ciemnoniebieski:

 obie frakcje skrobi wykazują różne powinowactwo do jodu: amyloza wiąże 40x więcej jodu niż amylopektyna

amyloza

– jod: na jeden skręt spirali przypada jedna cząsteczka jodu → barwa granatowa

amylopektyna

– jod: jod układa się wewnątrz zwiniętych w spiralę bocznych łańcuchów → fioletowo czerwona

 ze wzrostem masy cząsteczkowej frakcji amylozy wzrasta intensywność niebieskiej barwy tworzonego kompleksu

 różnice w zachowaniu się obu frakcji skrobi wobec cząsteczkowego jodu pozwalają na ilościowe oznaczanie

proporcji amyloza

– amylopektyna, tj. wyznaczanie wartości niebieskiej

 środowisko zasadowe = charakterystyczne zabarwienie kompleksów jodowo-skrobiowych nie powstaje, ponieważ

jod reaguje z zasadą:
I

2

+ 2NaOH → NaIO + NaI + H

2

O

środowisko kwaśne = reakcja przebiega w kierunku odwrotnym

NaIO + NaI + 2HCl → 2NaCl + I

2

+ H

2

O

 HYDROLIZA SKROBI:

 skrobia ulega częściowej lub całkowitej hydrolizie pod wpływem kwasów mineralnych: HCl lub H

2

SO

4

 reakcja przebiega przez etapy pośrednie:

1) tworzenie dekstryn, barwiących się w obecności jodu:

amylodekstryny → barwa niebieskofiołkowa
erytrodekstryny

→ barwa czerwona

achrodekstryny → nie dające zabarwienia

2) powstawanie maltozy
3) powstawanie glukozy

 hydroliza skrobi może być przeprowadzona również z udziałem enzymów:

-

amylaza, -amylaza, glukoamylaza → rozpad wiąz. -1,4-glikozydowych

pululanaza

→ rozpad wiąz. -1,6-glikozydowych

transferaza glukozylowa cyklodekstryn → powstanie cyklodekstryn (cyklicznych oligosacharydów)

 zróżnicowane warunki w jakich może zachodzić hydroliza skrobi prowadzą do otrzymania różnych produktów,

np. syropów skrobiowych, maltodekstryn i glukozy

 KLEIKOWANIE SKROBI:

 skrobia w wodzie jest prawie nierozpuszczalna – w zimnej wodzie ulega pęcznieniu, a podczas ogrzewania

kleikowaniu i wytworzeniu zoli, które podczas ponownego schładzania przekształcają się w żele

 kleiki skrobi naturalnej są mało stabilne, a ich lepkość zmienia się pod wpływem zmian temperatury,

kwasowości oraz mieszania

 dodanie butanolu do skleikowanej skrobi powoduje wytrącenie się amylozy – jako kompleksu z butanolem

 skrobia ulega rozpuszczeniu m.in. w dimetylosulfotlenku (DMSO), kwasie chlorowym(VII) oraz stężonym r-r

chlorku wapnia zakwaszonym kwasem octowym

 w czasie przechowywania zolu lub żelu skrobiowego następuje retrogradacja skrobi → tworzenie się wiąz.

wodorowych

pomiędzy sąsiadującymi cząsteczkami amylozy → wytrącenie osadu poprzez powstanie struktury

krystalicznej skrobi, mętnienie kleiku, twardnienie i wydzielanie wody (synereza)

 retrogradacja i synereza powodują obniżenie jakości produktów spożywczych o dużej zawartości skrobi (np.

pieczywa)

 czynnikiem sprzyjającym retrogradacji jest niska temperatura ok. 0°C

 MODYFIKOWANIE SKROBI:

 w celu uniknięcia niekorzystnych procesów zachodzących podczas przechowywania zoli i żeli skrobiowych

skrobię naturalną poddaje się modyfikacji

 skrobią modyfikowaną jest skrobia, w której wywołano niewielkie zmiany struktury lub składu metodami

fizycznymi, chemicznymi, enzymatycznymi lub ich kombinacjami

 PRZEMIANY TERMICZNE SKROBI

 przemiany skrobi pod wpływem wysokich temperatur wpływają na strukturę i konsystencję oraz w mniejszym

stopniu na smak i barwę produktów

 przemiany termiczne skrobi można podzielić na suche oraz takie, które zachodzą w obecności wody

 w obecności wody: przemiany związane z rozpuszczalnością, zdolnością wiązania wody, kleikowaniem

i retrogradacją

 w warunkach bezwodnych: dekstrynizacja (105-210°C) i piroliza (>210°C)

 dekstrynizacja:

 polega na rozrywaniu łańcucha polisacharydowego na mniejsze fragmenty – dekstryny (białe i żółte)

 stopień dekstrynizacji = stopień zniszczenia łańcucha skrobiowego (im wyższy, tym mniejszą masę

cząsteczkową mają powstające produkty rozkładu)

 wyższe temperatury obróbki powodują większy stopień dekstrynizacji

 proces dekstrynizacji i pirolizy zachodzi m.in. w skórce w pieczonych wyrobach z ciasta, w warstwie panierki

w produktach smażonych, w czasie prażenia płatków śniadaniowych

GLIKOGEN

 węglowodan zapasowy występujący w organizmach zwierzęcych, gromadzony w formie ziaren o średnicy 10-40nm

 w wątrobie: 2-10%

 w mięśniach: 0,5-1,5%

 zbudowany podobnie jak amylopektyna, ale posiadający bardziej rozgałęzioną strukturę:

 liczniejsze odgałęzienia boczne (co 8 – 10 reszt glukozowych)

 krótsze odgałęzienia boczne (zawierające 10 – 18 reszt glukozowych)

 sporadycznie występujące wiązania -1,3-glikozydowe

 zróżnicowany stopień polimeryzacji: kilka tysięcy (mięśnie) – kilkadziesiąt tysięcy (wątroba)

 glikogen lepiej niż amylopektyna rozpuszcza się w zimnej wodzie tworząc opalizujący koloidalny roztwór

(roz

puszczalność w wodzie jest możliwa dzięki obecności licznych, krótkich odgałęzień bocznych łańcucha)

 kompleks glikogen – jod: ma barwę czerwonobrunatną

 stosunkowo łatwo ulega hydrolizie kwasowej i enzymatycznej do glukozy

 łatwo ulega wytrąceniu z roztworu w obecności dobrze zdysocjowanych soli nieorganicznych (np. siarczanu(VI)

amonu, chlorku sodu)

 następuje dehydratacja glikogenu oraz agregacja cząsteczek na skutek samorzutnie tworzących się wiązań

wewnątrz- i międzycząsteczkowych

 wytrącenie glikogenu z roztworu następuje również pod wpływem rozpuszczalników organicznych (np. aceton,

alkohol etylowy)

 glikogen zmagazynowany w org. zwierzęcia bezpośrednio po uboju ulega rozkładowi z wytworzeniem kwasu

mlekowego, zakwaszającego środowisko i powodującego hydrolizę białek (kruszenie mięsa)

CELULOZA

 polisacharyd strukturalny najbardziej rozpowszechniony w przyrodzie

 stanowi główny składnik ścian komórkowych w komórkach roślinnych (najwięcej celulozy zawiera włókno bawełny

ok. 87

– 98%)

 celuloza jest polimerem -D-glukopiranozy, w którym reszty glukozowe połączone są wiąz. -1,4-glikozydowymi

 stopień polimeryzacji: 14 000 reszt glukozowych

 zwarta, nitkowata (fibrylarna) budowa

 charakteryzuje się wysoką odpornością na działanie czynników chemicznych

 nierozpuszczalna w wodzie, ani w innych znanych rozpuszczalnikach - jedynymi rozpuszczalnikami celulozy są:

odczynnik Schweitzera = wodorotlenek tetraaminamiedzi(II) [Cu(NH

3

)

4

](OH)

2

odczynnik Cross-Bewana

= chlorek cynku(II) w stężonym kwasie solnym

 kwasy i zasady działają na celulozę w znikomym stopniu (długotrwałe gotowanie ze stężonymi kwasami

mineralnymi pod ciśnieniem powoduje jej hydrolityczny rozkład do glukozy)

 nie jest trawiona przez enzymy człowieka → zaliczana jest do błonnika pokarmowego

 enzym -celulaza (wytwarzany przez niektóre drobnoustroje i grzyby) hydrolizuje celulozę do celobiozy i glukozy

 w przemyśle spożywczym ma znaczenie celuloza modyfikowana – głównie etery, które są albo rozpuszczalne

w wodzie, albo ulegają w niej pęcznieniu i są stosowane jako emulgatory i subst. zapobiegające pienieniu

 celuloza mikrokrystaliczna jest cennym dodatkiem do żywności, pełniącym rolę wypełniacza w produktach

o obniżonej zawartości tłuszczu oraz jako subst. zapobiegająca krystalizacji w żywności mrożonej

DEKSTRAN

 polisacharyd syntetyzowany z sacharozy przez bakterie Leuconostoc mesenteroides

 zbudowany z reszt D-glukopiranozy

 reszty glukozowe połączone są w łańcuchu głównym wiąz. -1,6-glikozydowymi, a w miejscach rozgałęzień wiąz.

-1,4- , -1,3- i -1,2-glikozydowymi

od których odchodzą krótkie łańcuchy boczne (ok. 5 reszt glukozy)

 stopień polimeryzacji: 100 – 200 000 reszt glukozy

 duża lepkość dekstranu decyduje o jego zastosowaniu jako zamiennika gum i śluzów roślinnych

PEKTYNY

 polisacharydy kwaśne, których podstawowymi składnikami są kwasy uronowe

 szeroko rozpowszechnione – tworzą składnik strukturalny roślin

 nie są polisacharydami jednorodnymi: protopektyna, pektyna właściwa, kwas pektynowy

protopektyna

 nierozpuszczalna w wodzie

 stanowi łańcuch ramnozogalakturonianu zawierający łańcuchy boczne galaktanu i arabinianu (dodatkowo

zawiera atomy wapnia tworzące mostki między cząsteczkami pektyn)

 pod wpływem obróbki termicznej owoców i warzyw oraz pod wpływem enzymów hydrolizuje do pektyny

właściwej

pektyna wła ciwa

 zbudowana z kwasu pektynowego połączonego wiąz. kowalencyjnymi z łańcuchami galaktanu i arabinianu
kwas pektynowy

 długi, nierozgałęziony łańcuch kwasu -poligalakturonowego, w którym część grup karboksylowych w pozycji

C-6 zestryfikowana jest alkoholem metylowym

 rozpuszczają się w zimnej wodzie, ale nie rozpuszczają się w etanolu o stężeniu wyższym niż 20%

 wykazują zdolność wiązania znacznych ilości wody - wodochłonno ć (dwukrotnie więcej niż ich masa

cząsteczkowa)

 zdolność żelowania i warunki tworzenia żelu zależą od stopnia zmetylowania pektyn:

pektyny wysokozmetylowane

(zawierają >50% zestryfikowanych grup karboksylowych) → tworzą żele w bardzo

kwaśnym środowisku (pH 2,0-3,5) i przy wysokim stężeniu cukru (ponad 50%)
pektyny niskozmetylowane

(zawierają <50% zestryfikowanych grup karboksylowych) → żelują w szerokim zakresie

(pH 2,5-

5,5) i przy niższym stężeniu cukru (od 20%), ale wymagają obecności jonó

 wapnia

 znajdują zastosowanie jako substancje żelujące w produkcji dżemów, konfitur i galaretek owocowych oraz jako

stabilizatory do kremów, budyniów i deserów