Пищевая химия
Пищева́я хи́мия — наука о химическом составе продуктов питания и сырья, из которого они производятся, об закономерностях превращений при производстве и новых технологиях получения[1].
Объектами изучения пищевой химии являются продукты животного, растительного, микробиологического, минерального, искусственного происхождения, предназначенные для употребления в пищу.
История
Научный подход к вопросам питания и нутрициологии возник благодаря изучению агрохимии в работах шведского химика Дж. Г. Валлериуса, английского химика Гемфри Дэви и др. Например, Дэви опубликовал «Elements of Agricultural Chemistry, in a Course of Lectures for the Board of Agriculture» (1813) в Соединённом Королевстве. Эта книга стала основой для специалистов по всему миру. Она выдержала пять изданий.
Важный вклад в развитие пищевой химии как самостоятельной науки внёс Юстус фон Либих, который разделил пищевые компоненты на белки, жиры и углеводы, разработал первый в мире мясной экстракт и издавал работы по этой тематике.
Пищевая продукция
К пищевой продукции, согласно регламенту Таможенного союза, относят:
- питьевая минеральная вода;
- безалкогольные напитки;
- алкогольная продукция;
- биологически активные добавки к пище;
- жевательная резинка;
- закваски и стартовые культуры микроорганизмов;
- дрожжи;
- пищевые добавки и ароматизаторы;
- пищевое сырьё[2].
Также различают специализированную пищевую продукцию, для детского питания, для диетического лечебного питания и для диетического профилактического питания.
Задачи пищевой химии
К основным задачам пищевой химии относят:
- изучение химического состава пищевого сырья и готовых продуктов питания;
- изучение функций пищевых веществ и их влияния на организм человека;
- определение характера взаимодействия химических веществ, входящих в состав пищи;
- изучение химических превращений при производстве, в процессе переработки и хранения;
- разработка наилучших сочетаний пищевых компонентов;
- увеличение сроков хранения;
- создание новых технологий получения и форм пищи.
Основными проблемами питания, которые стоят перед технологами пищевого производства являются: дефицит потребления белка у более чем половины населения Земли, отсутствие сбалансированного питания и недостаток качественной пищи в достаточном количестве[3][4].
Основные компоненты пищи
Основными компонентами пищи являются нутриенты — вещества, которые используются организмом человека как источником энергии и роста. К нутриентам относятся: белки, жиры, углеводы, органические кислоты, витамины, минеральные вещества, вода[5][6].
Белки
Белки (протеины, полипептиды) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. Выполняют строительную функцию, участвуют в обмене веществ, иммунных реакциях и передаче генетической информации.
Полноценные белки содержат только продукты животного происхождения (мясо, рыба и морепродукты, яйца, молочные продукты), в продуктах растительного происхождения наблюдается дефицит некоторых аминокислот (бобовые, орехи, семена, соевые продукты, киноа, гречка)[7].
Жиры
Жиры (липиды) — органические соединения, состоящие из глицерина и жирных кислот. Служат основным источником энергии (9 ккал на грамм), способствуют усвоению жирорастворимых витаминов (A, D, E, K), являются строительным материалом для клеточных мембран и участвуют в терморегуляции.
Соотношение животных и растительных жиров в рационе питания человека должно составлять примерно 2:1[8].
Жиры животного происхождения или насыщенные жиры содержатся в молочных продуктах, мясе, птице и др. Жиры растительного происхождения или ненасыщенные жиры содержатся в растительных маслах, орехах, семенах и др.[9].
Углеводы
Углеводы — это органические вещества, служащие основным источником энергии для организма. Они делятся на простые (глюкоза, фруктоза) и сложные (крахмал, клетчатка). Простые углеводы содержатся в бананах, винограде, арбузе, молоке, кефире, шоколаде, хлебе и др. Сложные углеводы содержатся в крупах, бобовых и овощах.
Пищевая инженерия
Пищевые добавки
Химия пищевых добавок контролирует ввод их в продовольственные изделия для улучшения технологии производства, а также строения и органолептических свойств. К числу таких добавок принадлежат:
- консерванты
- антиоксиданты
- окислители
- эмульгаторы
- стабилизаторы
- красители
- вкусовые вещества и ароматизаторы
- интенсификаторы вкуса и запаха
- витамины
- микроэлементы
- аминокислоты
- пряности
Искусственная пища
Создание искусственной пищи является одной из задач пищевой химии. Это изделия, которые получают из белков, аминокислот, липидов и углеводов, предварительно выделенных из природного сырья или полученных направленным синтезом из минерального сырья. К ним добавляют пищевые добавки —витамины, минеральные кислоты, микроэлементы, которые придают продукту не только питательность, но также цвет, запах и необходимую структуру. В качестве природного сырья используют вторичное сырьё мясной и молочной промышленности, семена, зелёную массу растений, гидробионты, биомассу микроорганизмов, например, дрожжей. Из них методами химии выделяют высокомолекулярные вещества (белки, полисахариды) и низкомолекулярные (липиды, сахара, аминокислоты и другие). Низкомолекулярные пищевые вещества получают также микробиологическим синтезом из сахарозы, уксусной кислоты, метанола, углеводородов, ферментативным синтезом из предшественников и органическим синтезом (включая асимметрический синтез для оптически активных соединений). Различают синтетическую пищу, получаемую из синтезируемых веществ, например, диеты для лечебного питания, комбинированные продукты из натуральных продуктов с искусственными пищевыми добавками, например, колбасно-сосисочные изделия, фарш, паштеты, и аналоги пищевых продуктов, имитирующие какие-либо натуральные продукты, например, чёрную икру.
Химия вкуса и запаха
То, как мы ощущаем вкус еды, определяет наше пищевое поведение. Например, отношение к сладкому и горькому вкусу является врождённым и обусловлено эволюцией. Нашим предкам выжить было важнее, чем вкусно пообедать, поэтому горький вкус мы различаем более тонко. Разнообразие вкусной еды, гораздо большее, чем реально нужно нам для выживания, приводит к пагубным пищевым привычкам, перееданию и злоупотреблению едой.
Запахи еды очень разнообразны и могут вызываться большим количеством классов веществ. Основные из них:
- производные бензола: ментол (запах мяты), ванилин (запах ванили), эвгенол (запах гвоздики, корицы и др. специй), zingerone (запах имбиря);
- гетероциклические соединения и их производные: пиразины (запах гари), фурфурол (запах миндаля);
- тиосоединения: аллицин (запах чеснока);
- терпены: цитраль (запах лимона), D-лимонен (запах апельсина, мандарина).
Примечания
Литература
- Несмеянов А. Н. Пища будущего. М.: Педагогика, 1985. — 128 с.
- Толстогузов В. Б. Новые формы белковой пищи. М.: Агропромиздат, 1987. — 303 с.
- Арсеньева Т. П., Баранова И. В. Основные вещества для обогащения продуктов питания // Пищевая промышленность. — 2007. — № 1. — С. 6—8.
- Богатырёв А. Н., Пряничникова Н. С., Макеева И. А. Натуральные продукты питания — здоровье нации // Пищевая промышленность. — 2017. — № 8. — С. 26—29.
- Боровик Татьяна Эдуардовна, Семёнова Н. Н., Степанова Т. Н. Сбалансированное питание детей основа здорового образа жизни // Педиатрическая фармакология. — 2010. — № 3. — С. 82—87.
- Зулькарнаев Т. Р., Мурысева Е. Н., Тюрина О. В., Зулькарнаева А. Т. Здоровое питание: новые подходы к нормированию физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации // Медицинский вестник Башкортостана. — 2011. — Т. 5. — С.150—154.
- Коденцова В. М., Рисник Д. В. Витаминно-минеральные комплексы для детей в период активной социальной адаптации // Медицинский совет. — 2018. — № 2. — С. 52-57.
- Коденцова В. М., Намазова-Баранова Л. С., Макарова С. Г. Национальная программа по оптимизации обеспеченности витаминами и минеральными веществами детей России. Краткий обзор документа // Педиатрическая фармакология. — 2017. — № 6(14). — С. 478—493.
- Коновалов К. Л., Шулбаева М. Т., Мусина О. Н. Пищевые вещества животного и растительного происхождения для здорового питания // Пищевая промышленность. 2008. — № 8. — С. 10-12.
- Косенко И. М. Микронутриенты и здоровье детей // Вопросы современной педиатрии. — 2011. — № 6 (10). — С. 179—185.
- Куприц В. А., Чмыхалова В. Б., Крылова И. В. Проблема дефицита нутриентов и возможность её решения путём обогащения макаронных изделий // Национальная (всероссийская) научно-практическая конференция «Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование». — 2019 — № X. — С. 209—213.
- Ларионова Т. К., Бакиров А. Б., Даукаев Р. А. Оценка питания взрослого населения Республики Башкортостан // Вопросы питания. 2018. № 5 — С. 37—42.
- МР 2.3.1.2432-08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации». Методические рекомендации: М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. — 36 с.
- Петренко А. С., Пономарёва М. Н., Суханов Б. П. Законодательное регулирование обращения биологически активных добавок к пище в европейском Союзе и отдельных странах Европы. Часть 1 // Вопросы питания. — 2014. — № 3. — С. 32—40.
- Скальный А. В. Микроэлементы: бодрость, здоровье, долголетие. Изд. «Оникс 21 век». — М. — 2010. — 288 с.
- Скальный А. В. Химические элементы в физиологии и экологии человека.- Изд. «Оникс 21 век». — М. — 2004. — 216 с.
- Тармаева И. Ю., Цыренжапова Н. А., Боева А. В. Содержание макро- и микроэлементов в рационе питания детей // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. — 2013. — № 3. — С. 140—143.
- Тутельян В. А., Позняковский В. М., Парамонова Е. С. Актуальные вопросы гигиены питания: состояние и перспективы использования продуктов специального назначения, в том числе БАД, в питании современного человека // Медицина в Кузбассе. — 2005. — № 2. — С. 25-29.