CHEMIA ŻYWNOŚCI

Wykłady prowadzone przez:

prof. dr hab.Teresa Fortuna

Przepisane by

Me

Wykłady odbywały się na II roku Technologii Żywności na Akademii Rolniczej w Krakowie.

Za błędnie przepisane lub brakujące treści nie ponoszę odpowiedzialności

Podziękowania za pomoc dla:

- Akowalczyk (zdjęcia z wykładu na którym mnie nie było)

Życzę miłej lektury

Podstawowe pojęcia

Chemia Żywności - jest nauką o fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwościach składników żywności, o przemianach tych związków w czasie przechowywania i przetwarzania surowców oraz produktów żywnościowych, a także roli, jaką odgrywają różne substancje w tworzeniu cech sensorycznych - zapachu, barwy, smaku i tekstury pokarmów.

Chemia żywności jest nauką o jakościowym i ilościowym składzie oraz o właściwościach i przemianach składników żywności. Fizyczne i chemiczne cechy oraz reakcje składników w procesach dojrzewania, starzenia, psucia się, utrwalania, uszlachetniania i przetwarzania surowców oraz w czasie przechowywania produktów są omawiane w tej nauce przede wszystkim w aspekcie ich wpływu na szeroko pojętą jakość żywności.

Chemia żywności traktuje o naturalnie występujących w żywności sacharydach, lipidach, białkach niebiałkowych związkach azotowych, kwasach organicznych, witaminach, barwnikach, substancjach zapachowych, innych związkach organicznych, składnikach mineralnych i dodatkach do żywności wprowadzanych celowo oraz o substancjach szkodliwych dla zdrowia.

Powiązania chemii żywności z innymi dyscyplinami:

1. Biochemia

Biochemiczne przemiany białek, węglowodanów, lipidów, witamin i innych składników żywności. Biochemiczne metody oznaczania składników żywności

2. Nauka o żywieniu

Biologiczna wartość składników żywności

3. Toksykologia

Chemiczne czynniki wpływające na rozwój pasożytów w żywności

Właściwości i przemiany toksykologicznych składników żywności

4. Mikrobiologia

Zmiany składników żywności wskutek działania drobnoustrojów. Mikrobiologiczne metody oznaczania składników żywności

5. Technologia żywności

Utrwalanie, obróbka, przetwarzanie, przechowywanie, ocena jakości żywności

6. Fizyka

Zmiany fizyczne cech żywności na skutek przemian chemicznych

7. Radiochemia

Radiochemiczne przemiany składników żywności

8. Chemia analityczna

Metody badania składników żywności

9. Chemia fizyczna

Kataliza, termodynamika chemiczna, właściwości roztworów

10. Chemia nieorganiczna

Mechanizmy reakcji, w których uczestniczą nieorganiczne składniki żywności

11. Chemia organiczna

Mechanizmy reakcji, w których uczestniczą organiczne składniki żywności w różnych warunkach obróbki

Woda jako środowisko

Jako ciecz i lód pokrywa 70% powierzchni ziemi.

Woda słodka stanowi 3% całkowitej ilości wody na ziemi, a z tego tylko 0,003% uczestniczy w cyklu hydrologicznym (atmosfera-hydrosfera).

Główny składnik ilościowy organizmów żyjących na ziemi (60-80% masy).

Środowisko, w którym zachodzi przemiana materii i energii, transport substancji odżywczych i produktów odpadowych wewnątrz komórki oraz wymiana substancji ze środowiskiem wewnętrznym.

Poza nielicznymi wyjątkami, biologicznie czynne struktury białek i kwasów nukleinowych, a także struktury nadcząsteczkowe (m.in. błony biologiczne) powstają jedynie w środowisku wodnym.

Woda bierze udział w wielu reakcjach chemicznych jako substrat lub produkt.

Jest jednym z elementów międzycząsteczkowych oddziałowań (m.in. wiązania wodorowe, budowa jonowa).

Jest źródłem tlenu uwalnianego przez rośliny (fotoliza wody).

2 H₂O = O₂ + 4H⁺ + 4e^-

(atomy wodoru służą do syntezy związków organicznych, a gradient protonów do produkcji do produkcji energii chemicznej)

Właściwości fizyczne

W porównaniu z innymi cieczami woda wyróżnia się następującymi parametrami:
- temperatura topnienia 0'C

- temperatura wrzenia 100'C

- ciepło właściwe 4 kJ/mol

- ciepło topnienia 333 kJ/mol

- ciepło parowania 2260 kJ/mol

- napięcie powierzchniowe 7,2∙10^-14 N/m

- stała dielektryczna(ε) 80

	Ttopn [`C]	Twrz [`C]	D25'C [g/cm3]	Ciepło parowania [kJ/mol]	Iloczyn jonowy (25'C)
H2O	0,00	100,00	0,9970	40,68	1∙10^-14
D2O	3,82	101,42	1,1044	41,67	0,16∙10^-14
T2O	4,49	101,51	1,2138

Występowanie izotopów w przyrodzie:

T : H = 1 : 6400

D : H = 1 : 10¹⁸

Struktura cząsteczki - wiązania wodorowe

[rysunek: struktura cząsteczki - wiązania wodorowe]

Energia wiązań:

Van der Waalsa ok. 1 kJ/mol

Wodorowe 10-40 kJ/mol

Kowalencyjne O-H 460 kJ/mol

Pojedyncze wiązanie wodorowe jest bardzo labilne, łatwo się tworzy i ulega zerwaniu. Okres półtrwania wiązania jest mniejszy niż 10^-10 s. Dlatego pojedyncze cząsteczki wody mogą łatwo zmieniać połączenie z sąsiednimi cząsteczkami wykazując przez to molekularną rychliwość a ostatecznie małą lepkość wody.

Wiązania wodorowe decydują o spójności ciekłej wody (kohezja), jak też o zdolnościach zwilżających wody (adhezja). Dzięki zjawiskom kapilarnym siły adhezji i kohezji umożliwiają transport wody w roślinach.

Wiązanie wodorowe jest ważnym czynnikiem stabilizującym reakcje wewnątrzkomórkowe. Wydzielane podczas reakcji ciepło jest pochłaniane przez wodę (duże ciepło właściwe). W warunkach wysokiej temperatury otoczenia, organizmy żywe regulują swoją temperaturę wydalając niewielkie ilości wody (transpiracja - rośliny, perspiracja - zwierzęta). Odparowanie wody pochłania 500 razy więcej energii niż podniesienie jej temperatury o 1'C. Działanie buforujące można zauważyć w środowisku.

Dla 1 grama wody:

- przemiana lodu w ciecz 320 kJ

- ogrzanie od 0-100'C 420 kJ

- odparowanie 2260 kJ

W większości żywności mrożonej z umiarkowaną szybkością kryształy lodu maja strukturę heksagonalną (tzw. lód zwykły). Każda cząsteczka jest związana z czterema innymi. Podczas topnienia zmienia się uporządkowanie, długość i stabilność. Występują dwa przeciwne efekty:

- coraz więcej wiązań wodorowych ulega rozerwaniu, struktura jest mniej uporządkowana, cząsteczki „są” bliżej (wiązania wodorowe w sieci krystalicznej lodu są dłuższe niż w wodzie ciekłej) - rośnie gęstość

- cząsteczki drgają coraz intensywniej (rośnie energia kinetyczna) przez co zajmują coraz większą objętość - zmniejszenie gęstości.

Początkowo decydujące jest zjawisko zaniku struktury, a powyżej 3,98'C przeważa oscylacja cząsteczek.

[rysunek - sieć przestrzenna lodu ]

Dysocjacja i hydroliza

Woda ciekła istnieje w postaci równowagowej mieszaniny niezdysocjowanych cząstek wody i jonów:

H₂O H⁺ + OH^- (2H₂O H₃O⁺ + OH^-)

Iloczyn jonowy wody (Kw)

Kw = [H⁺][OH^-] = 10^-14

pH = -log[H⁺]

Dysocjacja elektrolityczna wg. Arrheniusa dotyczy rozpadu na jony a rozpuszczalnik jest tylko środowiskiem reakcji:

HCl = H⁺ + Cl^-

NaOH = Na⁺ + OH^-

Dysocjacja elektrolityczna wg Lowry'ego i Brönsteda związana z reakcją z cząsteczką wody zachowującą się jak kwas lub zasada (rozpuszczalnik pobiera protony od kwasów lub oddaje protony zasadom):

CH₃COOH + H₂O (zasada) => CH₃COO^- + H₃O⁺

(zasada) NH₃ + H₂O (kwas) => NH₄⁺ + OH^-(zasada)

Hydroliza (wg Arheniusa) - reakcja chemiczna jonów z cząsteczkami wody:

CH₃COO^- + Na⁺ + H₂O => CH₃COOH + Na⁺ + OH^-

NH₄⁺ + Cl^- + H₂O => NH₄OH (NH₃●H₂O) + Cl^- + H⁺

Woda jako rozpuszczalnik

Solwatacja -przyłączanie cząsteczek rozpuszczalnika od substancji rozpuszczonej, dla rozpuszczalników polarnych dipole rozpuszczalnika zostają przyciągnięte przez jony i się odpowiednio ustawiają.

Solwatacja dla wody to hydratacja. Hydratacja jonów jednowartościowych i dużych anionów jest słaba - dla jonów małych o wysokim ładunku jest duża. Jony metali przejściowych silnie hydratowane: [Cr(H2O)_x]^y+

Substancja rozpuszczona wymusza pewne uporządkowanie cząsteczek rozpuszczalnika w swoim otoczeniu (struktura bardziej labilna).

W roztworach rozcieńczonych jony soli istnieją niezależnie (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-) otoczone cząsteczkami rozpuszczalnika, który w okolicy jonów zmienia swoją ruchliwość i gęstość.

W stężonych roztworach (promienie jonowe)

- jony tworzące strukturę (silne pole elektryczne) Li⁺, Na⁺, H₃O⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, F^-,
SO₄^2-, PO₄^3- cząsteczki są bliżej przyciągane, przez co roztwory są mniej ciekłe o strukturze podobnej do jonowej.

- jony rozrywające strukturę (duże jony jednowartościowe) K⁺, Rb⁺, Cs⁺, NH₄⁺, Cl^-, Br^-, NO₃^-, ClO₄^-, CNS^- rozluźnienie struktury - roztwory bardziej ciekłe niż woda.

Woda wewnątrzkomórkowa

70% masy, roztwór, zawiesina, faza graniczna

Inna niż czysta woda: trudniej zamarza, nie jest dostępna jako rozpuszczalnik dla elektrolitów

Definicja Fennema:

Woda związana - jest zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie substancji rozpuszczonych lub zawieszonych, ma zmniejszoną aktywność, odmienne właściwości od pozostałej masy wody zawartej w danym materiale i nie zamarza do -40'C.

Rodzaje wody w żywności:

- woda strukturalna (krystaliczna, związana chemicznie, <0,03%) integralna część składników niewodnych, ulokowana w wolnych przestrzeniach makrocząsteczek lub związana w postaci wodzianów

- woda związana w postaci monowarstwy (0,1-0,9%) silnie oddziałuje z grupami polarnymi grupami zjonizowanymi składników niewodnych.

- woda związana w dalszych kilku warstwach (1-5%) - o strukturze uporządkowanej wokół hydrofilowych grup składników niewodnych, stabilizowana wiązaniami wodorowymi, utworzonymi między tymi grupami, a wodą oraz między cząsteczkami samej wody.

- woda niezwiązana (wolna, 5-96%) o właściwościach zbliżonych do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli.

- woda uwięziona (5-96%) - podobna do wolnej, ale uwięziona w niewypełnionych przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach, przez co jej przepływ jest utrudniony

Woda związana nie jest całkiem nieruchoma (równowaga dynamiczna), sposób ich wiązania może się zmieniać w czasie obórki i przechowywania.

IMF (Intermediate Moisture Foods)

Produkty o obniżonej zawartości tłuszczu i średniej zawartości wody:

- usunięcie tłuszczu zakłóca równowagę pomiędzy składnikami żywności i destabilizuje fazę wodną

- destabilizacja fazy wodnej zmienia charakterystykę wzrostu drobnoustrojów

- w celu ograniczenia dostępności wody stosuje się wypełniacze wiążące wodę: celuloza, skrobia, owoce, ziarna, otręby(glukoza, fruktoza, pektyny)

Aktywność wody

Prężność pary roztworów jest mniejsza niż prężność pary czystego rozpuszczalnika.

Aktywność wody (względna prężność pary a_w) - miara dostępności wody zawartej w materiale, oznaczanie: umieszczenie małej próbki w zamkniętej komorze do osiągnięcia równowagi i pomiar wilgotności względnej w komorze

0 < a_w < 1

P,P₀ - prężność par roztworu i czystego rozpuszczalnika w danej temperaturze

n₁, n₂ - stężenie molowe substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika

Wpływ aktywności wodnej na przemiany zachodzące w żywności.

Woda umożliwia transport substratów i produktów reakcji, dlatego aktywność enzymatyczna (konieczna do rozwoju mikroflory) maleje ze zmniejszaniem dostępności wody:

- hamowanie działania enzymów np. fenylooksydazy, amylazy, peroksydazy, gdy a_w < 0,8

- drobnoustroje nie rozmnażają się, gdy a_w < 0,6

- NIEDOKOŃCZONE

[wykres zależności między a_w , a przemianami zachodzącymi w żywności (względna szybkość reakcji]

Izotermy sorpcji

Izoterma sorpcji - zależność między wilgotnością ??? (masa wody na jednostkę suchej masy substancji) i aktywnością wody w danej temperaturze.

Dla różnych temperatur równanie Clausiusa-Clapeyrona

a_w - aktywność wody

T - temperatura procesu

ΔH - ciepło sorpcji

R - stała gazowa

[wykres aktywności wody od zawartości wody g/g suchej substancji]

Dla danej aktywności wody ilość wody w produkcie może być inna dla desorpcji niż resorpcji (histereza).

Konstruowanie izoterm na podstawie procesu dehydratacji (desorpcji) lub powtórnej hydratacji (resorpcji) produktu uprzednio wysuszonego.

Strefa 1 (adsorpcja monomolekularna - woda najsilniej związana, jak część substancji stałej - woda strukturalna i monowarstwa). Mała ruchliwość, nie zamarza w temperaturze -40'C, nie jest rozpuszczalnikiem, nie wykazuje właściwości zmiękczających.

Strefa 2 a_w = 0,25-0,7. Adsorpcja wielowarstwowa, wypełnienie miejsc wolnych pierwszej warstwy i tworzenie kolejnych warstw z wiązań wodorowych. Większość nie zamarza w temp. -40'C, gdy a_w ≈ 0,7 następuje pęcznienie i zmiękczanie substancji oraz rozpuszczanie niektórych składników.

Strefa 3 a_w > 0,7. Woda o właściwościach rozcieńczonych roztworów soli. Zamarza, jest rozpuszczalnikiem, umożliwia przemiany chemiczne i biochemiczne oraz rozwój drobnoustrojów.

Dla produktu o dużej zawartości wody strefy 1 i 2 to około 5% wody, strefa 3 - 95%.

Najważniejsze izotermy

Izotermy BET (Brunauer, Emmet, Teller - 1938) obejmuje obliczanie zawartości wody związanej w warstwie monomolekularnej przy założeniu jednorodności powierzchni adsorpcyjnej i brak oddziaływań między zaadsorbowanymi cząsteczkami wody.

Izotermy GAB (Guggenheim, Anderson, De Boer) w całym zakresie aktywności wody i z

ekstrapolacją do innych temperatur, uwzględnia adsorpcję wielowarstwową.

Zastosowanie izoterm w przemyśle spożywczym

Dobór odpowiednich parametrów do procesów zagęszczania i suszenia oraz określenie końcowych punktów tych procesów(możliwe wartości oczekiwane)

Ustalenie optymalnych warunków przechowywania żywności suszonej oraz dobór opakowań.

Mieszanie suchych produktów o różnej higroskopijności (koncentraty, ciasta, odżywki, napoje) przez określenie warunków równowagi adsorpcji i desorpcji poszczególnych składników mieszanin.

Sole mineralne

Podstawowe pojęcia

Makroelementy:

- ponad 50 mg/kg suchej masy tkanek

- 99,8% masy roślin i zwierząt

- C, H, O, N, Ca, Mg, P, Na, K, S, Cl

- główne składniki białek, lipidów, cukrów, nukleotydów, układu kostnego i szkieletu zewnętrznego zwierząt

- regulacja ciśnienia osmotycznego i równowagi kwasowo-zasadowej organizmu

Mikroelementy:

- wpływ na aktywność enzymów, hormonów, witamin i innych czynników regulujących funkcje życiowe

- Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Ni, Mo, Cr, V, Li, Rb, B, Se, G, I

- niezbędne dla zwierząt są tylko V, Cr, Ni, F. Dla roślin: B

- nadmiar mikroelementów - działanie szkodliwe

Składniki balastowe:

- pochodzą bezpośrednio lub pośrednio ze środowiska zanieczyszczonego

- zazwyczaj bez pożytecznych funkcji fizjologicznych i często o działaniu toksycznym: Cd, Hg, As, Pb.

Składniki mineralne - zwyczajowo przyjmuje się tylko te substancje, które pozostawiają popiół po mineralizacji.

Przydatność pierwiastka dla organizmu zależy od budowy powłok elektronowych (wartościowość, potencjał redoks, łatwość zmiany stopnia utlenienia, zdolność tworzenia wiązań podwójnych, jonowych i wodorowych, trwałość i rodzaj tworzonych jonów łatwość ich transportu, występowanie w środowisku, oraz podatność na wpływ środowiska)

Formy występowania soli mineralnych w organizmach żywych

Wykrystalizowane sole nieorganiczne - fosforany wapnia i magnezu w kościach, kryształy szczawianu wapnia w niektórych tkankach roślinnych.

Jony - w płynach ustrojowych. Wielkość i trwałość warstwy hydratacyjnej decyduje o transporcie przez niepolarne błony biologiczne (gradient stężeń)

Połączenia ze związkami organicznymi - żelazo w hemoglobinie, fosfor w ATP i kwasach nukleinowych, metale w enzymach (Ca²⁺ koordynowany z białkowymi atomami tlenu łatwiej niż Mg²⁺, rozpuszczalne chelaty Meⁿ⁺ z białkami - transport jonów)

Metale o zbliżonej strukturze do aktywnych biologicznie metali współzawodniczą z nimi, tworząc homologi nieaktywne biologicznie, np. jony fosforanowe(V) zastępowane są jonami arseniowymi (V).

Bezwzględna zawartość składnika oznaczona analitycznie nie jest tożsama z ilością przyswajaną przez organizm. Na przyswajalność mają także wpływ inne związki obecne w żywości (np. fityniany).

Występujące powszechnie niedobory składników mineralnych dotyczą głównie Ca, Fe, I, a także często Zn, Mg, Se oraz Cr. Zatrucia natomiast wywołuje nadmiar m.in. Na, F, Zn, Mg, K, Se, Fe.

Sód

• występuje głównie w płynach ustrojowych

• utrzymuje odpowiednie ciśnienie osmotyczne (wraz z Cl-), aktywuje m.in. amylazę

• szybko wchłaniany i wydalany

• dzienne zapotrzebowanie: 1,7-6,9g

• nadmiar prowadzi do nadciśnienia (brak również szkodliwy)

• zawartość w organizmie człowieka 1,4g/kg

Potas

• występuje głównie w komórkach

• regulacja ciśnienia osmotycznego komórek

• aktywacja enzymów w glikolizie w łańcuchu oddechowym

• powinien występować w nadmiarze do sodu 4/3

• zawartość w organizmie człowieka 2g/kg (niedobór rzadko spotykany)

Magnez

• znaczne ilości w kościach i komórkach (ok. 20g/kg)

• udział w transporcie fosforanów

• aktywacja m.in. fosfofruktokinazy, udział w cyklu Krebsa

• dzienne zapotrzebowanie ok.300mg (zaspokajane)

• wzbogacanie w postaci: MgO, Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂, MgCO₃, mleczanu, cytrynianu, glikonianu, glicerofosforanu, MgSO₄ i MgCl₂

Wapń

• zawartość w organizmie człowieka 1,5kg

• występuje w kościach w postaci hydroksyapetytu oraz CaCO₃

• w tkankach - udział w kontrakcji(skurczu) mięśni i aktywności neuronów

• niedobór - rozwój osteoporozy, nadciśnienia, nadmiernej pobudliwości nerwowej i nowotworów jelita grubego

• składnik enzymów m.in. alfa-amylazy i termolizyny

• dzienne zapotrzebowanie 0,8-1g (na ogół zaspokajane)

• wzbogacanie w postaci: mleczanu, cytrynianu, CaO, Ca(OH)₂, CaCO₃, CaCl₂, glukonianu i glicerofosforanu

Fosfor

• zawartość w organizmie 700g

• w postaci estrów fosforanowych (3/4 jako sól wapnia w kościach)

• pobierany jako jony fosforanowe

• składnik ATP

• nadmiar fosforu obniża zawartość wapnia w kościach

• dzienne zapotrzebowanie 0,8-1,2g (zaspokajane)

Żelazo

• niezbędne do życia (wyjątek pałeczki kwasu mlekowego)

• zawartość w organizmie człowieka 3-4g

• 70% zawarte w hemoglobinie i mioglobinie

• centrum aktywne dla cząsteczek przenoszących tlen i elektrony, składnik enzymów (nitrogenaza, oksydazy, hydrogenazy, reduktazy, dehydrogenazy, deoksygenazy)

• słabo przyswajane z pokarmu: mięso 20%, warzywa i chleb do kilku procent

• niedobór występuje w krajach rozwijających się (niedokrwistość)

• wzbogacanie w postaci: glukonianu, mleczanu, fumaranu, siarczanu (pirofosforanu i węglanu), cytrynianu, peptonianu

Cynk

• zawartość w organizmie człowieka 2-3g

• składnik enzymów (anhydraza węglanowa, karboksypeptydaza, dehydrogenazy alkoholowe, dysmutaza podtlenkowa, termolizyna i fosfatazy)

• niedobór zmniejszenie wydzielania hormonu wzrostu, tarczycowych, płciowych, insuliny i spadek odporności

• dzienne zapotrzebowanie 10-20mg (zaspokajane, nadmiar szkodliwy)

• wzbogacanie w postaci: siarczanu, glukonianu, mleczanu, cytrynianu, węglanu, octanu i tlenku, najlepiej przyswajany w postaci chelatowej

Miedź

• zawartość w organizmie człowieka 250mg

• składnik metaloprotein (miedzioproteiny), oksydaz, dysmutazy ponadtlenkowej i hemocyjaniny.

• dzienne zapotrzebowanie 1-2 mg (zaspokajane)

Mangan

• zawartość w organizmie człowieka 15mg

• bierze udział w fotosyntezie, składnik karboksylazy pirogronianowej i oksydazy aminowej

• wpływa na prawidłową strukturę kości, poprawę nastroju i pamięci

• konieczne spożycie zaspokajane, względnie nietoksyczny

• wzbogacanie w postaci: węglanu, glukonianu, cytrynianu, chlorku, siarczanu i glicerofosforanu

Kobalt i Nikiel

• zawartość kobaltu w organizmie człowieka 1-2mg (nadmiar szkodliwy)

• obecny w postaci witaminy B12 i jej pochodnych

• nikiel (słabo poznany) - składnik ureazy, aktywator niektórych enzymów

Wanad

• zawartość w organizmie człowieka 17-43 mg

• składnik wodniczek krwinek (wanadocytów), prawdopodobnie przenośnik O₂,

• konieczne spożycie jest zaspokajane

Molibden i Chrom

• zawartość molibdenu w organizmie człowieka 8-10mg

• decyduje o procesach biologicznego wiązania wiązania azotu z powietrza prowadzących do jego redukcji do amoniaku (nitrogeneza)

• składnik reduktazy azotanowej niezbędnej do przyswajania azotu azotanowego z gleby przez rośliny

• dzienne zapotrzebowanie 0,3mg jonu MoO₄^3- (zaspokajane, nadmiar toksyczny)

• chrom wpływa (łącznie z insuliną) na usuwanie glukozy z krwi

• zwiększone zapotrzebowanie chromu w podeszłym wieku

• wzbogacanie chromem w postaci: pikolinianu, chlorku

Cyna

• występuje w prawie wszystkich organach człowieka

• zwiększona zawartość w konserwach z nielakierowanej blachy białej, jak na razie przyjmuje się brak toksycznego wpływu nadmiaru dla organizmu (mała wchłanialność)

Glin

• pierwiastek neurotoksyczny i atakujący układ nerwowy

• zatrucie może prowadzić do anemii

• z powodu zakwaszenia gleby znacznie większe ilości trafiają do roślin i wody

Kadm

• dawka 10mg wywołuje poważne skutki

• wypiera cynk z enzymów

• tygodniowe pobranie poniżej 8μg na 1kg masy ciała

Rtęć

• trujące są pary, związki nieorganiczne jak i rtęcioorganiczne

• były stosowane jako środki grzybobójcze, obecnie w świetlówkach

• Hg(II) jest wiązana przez grupy tiolowe białek

• zatrucia powodują niesprawność umysłową i fizyczną człowieka

• tygodniowe pobranie poniżej 5μg na 1kg masy ciała

Ołów

• głównie ze skażoną żywnością (produkty spalania benzyny)

• akumuluje się w niektórych organach człowieka i kościach odkłada się w postaci trudno rozpuszczalnego trifosforanu ołowiu

• skutek zatruć: neuropatia i zapalenie mózgu

• tygodniowe pobranie poniżej 3μg na 1kg masy ciała

Arsen

• występuje we włosach, paznokciach, skórze i kościach

• nie stwierdzono pozytywnego działania, nadmiar prowadzi do zatrucia

• zawartość w roślinach zależy od stężenia w glebie

Krzem

• zawartość w organizmie człowieka 1g

• ważny składnik dla archibakterii oraz roślin

• niektóre bakterie używają zamiennie fosforu i krzemu

• u zwierząt i człowieka zwiększa zdrowotność i odporność na choroby

• występuje w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie zdolnych do przenikania przez ściany komórek, estrów krzemowych (węglowodanów, białek steroidów, chinoliny i fosfolipidów) oraz rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych nierozpuszczalnych polimerów

Bor

• mikroelement niezbędny dla roślin

• nie stwierdzono konieczności przyswajania przez człowieka (pozytywnego działania)

• dzienne pobranie 4-40mg w pokarmach roślinnych

• kumuluje się w tkance tłuszczowej i centralnym systemie nerwowym (zaniechano stosowania jako konserwantu pochodnych kwasu borowego)

Fluor

• zawartość w organizmie człowieka 2,6g

• zmniejsza próchnicę przy wodzi 0,5-1,5μg/g, zawartość powyżej 2μg/g toksyczna

• gromadzony przez rośliny proporcjonalnie do stężenia w glebie

• głównym źródłem woda pitna

Chlor

• zawartość chlorków w organizmie człowieka 1,1g/kg

• przeciwjon dla Na⁺ w płynach międzykomórkowych i jonów H⁺ w soku żołądkowym

• łatwo wchłaniany, dzienne spożycie 3-13g

Brom

• brom występuje w organizmie, lecz nie jest uważany za niezbędny

• łatwo wchłaniany i wydalany (tak jak chlorki)

Jod

• zawartość jodu w organizmie człowieka 10mg (80% w tarczycy)

• przyswajany jako jony I^-

• synteza tyroksyny i trijodotyroniny (aktywacja enzymów łańcucha oddechowego, stymulowanie wzrostu młodych organizmów)

• niedobór powoduje karłowatość młodych zwierząt, u ludzi kretynizm, może być powodem utraty słuchu, otyłość, osłabienie potencji seksualnej i upośledzenie rozrodczości

• nadmiar powoduje rozkojarzenie fosforylacji oksydacyjnej

• dzienna dawka wynosi 0,07mg

• do wzbogacania: jodki potasu i sodu oraz jodan sodu

Selen

• zawartość w organizmie człowieka 10-15mg

• dzienne spożycie 0,05-0,1mg (zaspokajane)

• wchodzi w skład peroksydazy glutationowej zmniejszającej ryzyko nowotworów, wykazuje działanie synergistyczne(wzmacniające) w stosunku do witaminy E, bierze udział w syntezie glutationu i białek oraz spermatogenezie

• wzbogacanie w postaci kwasu selenowego i selenianu sodu (nadmiar rakotwórczy)

[nie wiem czy tu jest wszystko, jak ktoś może to niech powie czy czegoś brakuje!]

Siarka i Azot

• nie tworzą popiołu

• azot jest składnikiem budulcowym (aminokwasy, białka, kwasy nukleinowe)

• źródłem są związki nieorganiczne

• azotany(III) mogą wywierać działanie rakotwórcze

• siarka jest związkiem budulcowym, głównie aminokwasów

• wydalana w postaci jonów siarczanowych

Straty składników mineralnych w przetwórstwie i możliwości ich uzupełniania.

Operacje i procesy stosowane w przetwórstwie żywności mogą powodować straty substancji mineralnych (usunięcie niektórych tkanek, wyciek zawartości uszkodzonych komórek, ekstrakcja rozpuszczalnych w wodzie składników, absorpcja jonów przez składnik usuwany).

Wielkość strat zależy od rodzaju surowca, sposobu przechowywania i warunków procesu.

• Obróbka wstępna: usunięcie zielonych części roślin zawierających Mg, Ca, Fe (dla ziarna strata ok. 50% składników w tym do 90% Mg i Mn).

• Blanszowanie: korzystne usunięcie azotanów (III) i (V) (o ok. 20-25%), niekorzystna strata Co 30-65%, 15-70% Mg i Cu, 20-40% Zn.

• Przemywanie farszu ryb: strata ok. 60% składników

• Przetwory mleczne: ze skrzepem kazeinowym usuwane są Zn i Cu;
  ultrafiltracja - usunięcie 40% kationów.

• Obróbka cieplna bezpośrednio nie zubaża, lecz składniki mineralne przechodzą do sosów i zalew rzadko konsumowanych.

• Rozmrażanie: wysięk mikro i makroelementów, białek i innych składników

• Przechowywanie: jony metali (m.in. Cu, Fe) przyspieszają nieenzymatyczne brunatnienie i powodują pogorszenie smaku i zapachu żywności wywołane reakcjami Maillarda, są katalizatorami termicznego rozkładu tlenku trimetyloaminy (tworzenie dimetyloaminy - zapach mięsa ryb)

Wzbogacanie jonami metali

Do wzbogacania żywności nie stosuje się F i S. Nie trzeba też wzbogacać w Na, K, Cl, P, Cu. Jak dotąd substancje mineralne wykorzystywane były w niewielkim stopniu do wzbogacania żywności. Stosuje się je głównie do produkcji różnego rodzaju suplementów, odżywek i dietetycznych środków spożywczych, a wprowadzanie na rynek raczej ma miejsce na obszarach, na których lokalnie brak jest danego składnika (sól jodowana, „drożdże selenowe”). Dodatek jednego składnika może wpływać na przyswajalność innego:

• Kwas fitynowy - cholesterol

• Jony metali - przemiany lipidów (działanie katalityczne)

• Błonnik - Ca, Fe

Jony metali Fe, Cu, V, Co, Mn, Cr podczas przechowywania zamrażalniczego stają się centrami aktywnymi procesów utleniania fosfolipidów. Największe znaczenie mają jony Fe z uwagi na rozpowszechnienie w organizmie

Fe²⁺ + O₂ → Fe³⁺ + O₂^-• (rodniko anion nadtlenkowy)

Przebieg reakcji utleniających mogą opóźnić przeciwutleniacze, sekwestatory i utleniacze jonów metali, enzymy neutralizujące rodniki lub proteazy hydrolizujące białka katalizujące wytwarzanie rodników.

Najważniejszymi przeciwutleniaczami występującymi w tkankach zwierzęcych są: kwas askorbinowy (wyższe stężenia), moczan, tokoferole, glutation i inne tiole oraz enzymy: dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza i peroksydaza glutationowa inaktywująca rodniki lipidowe. Aktywatorami tych inhibitorów są: Cu, Mn, Zn, Se.

Flawonoidy i ich glikozydy, kwas cytrynowy, jabłkowy, winowy, EDTA oraz fosforany i lecytyna tworzą związki chaletowe.

Utleniaczami jonów jest kwas askorbinowy (małe stężenia)

R = 8,314472 ± 0,000015 J/(mol · K) w układzie SI

Glikozydy o działaniu przeciwodżywczym, upośledzają wchłanianie składników mineralnych ,występują głównie w produktach zbożowych (zwłaszcza w zarodku i otrębach), w suchych nasionach roślin strączkowych, orzechach. Mąki ciemne zawierają więcej fitynianów niż mąki jasne.

kluczowy enzym glikolizy

Cykl kwasu cytrynowego przebiega w całości w matriks w mitochondrium.

---