Пищевые добавки, токсиканты и загрязнители.

Лекция 6 Пищевые добавки, токсиканты и загрязнители 1 Пищевые добавки Пищевые добавки - это большая группа веществ, используемых в пищевой промышленности (термин не имеет единого толкования). Обычно это природные и синтетические вещества, использование которых необходимо для усовершенствования технологии, получения продуктов специального назначения (диетические, лечебные и т.д.), сохранения требуемых или придания новых свойств, повышения стабильности и улучшения органолептических свойств пищевых продуктов. Обычно к пищевым добавкам не относят соединения, повышающие пищевую ценность продуктов: витамины, минеральные вещества, аминокислоты. Применение пищевых добавок допустимо только в том случае, если они, даже при длительном использовании, не угрожают здоровью человека. Обычно разделяют на несколько групп: 1- вещества, улучшающие внешний вид продукта; 2- изменяющие консистенцию (иногда сюда включают и пищевые ПАВ); 3- ароматизаторы; 4- подслащивающие вещества и вкусовые добавки; 5- консерванты – вещества, повышающие сохранность проуктов и увеличивающие сроки их хранения. Для всех установлены предельно допустимые концентрации (ПДК). 1.1 Вещества, улучшающие внешний вид Красители: природные и синтетические (органические и неорганические). Наиболее широко применяются в кондитерской, маргариновой промышленности, при производстве напитков, некоторых консервов и т.д. С отдельными природными красителями мы познакомились в разделе липиды (пигменты, каратиноиды). Кармин – красный краситель, производное антрахинона: CH3 O OH O (CHOH)4 CH3 HO HOOC O OH карминовая кислота Получают из кошенели – насекомых, живущих на кактусах, которые растут в Африке и Южной Америке. OH O C C C OH 2 Алканнин – производное 1,4-CH3 нафтохинона – известен еще в CH3 древности. Получают из корней растений Alkanna tinctoria красно-OH O бордовая окраска. алканнин Куркума (каркума) – желтый природный краситель, получают из многолетних травянистых растений семейства имбирных – Curruma longa, используют в виде спиртового раствора (плохо растворяется в воде) O CH3 O CH3 O O HO H H H2 H H OH куркума Энокраситель – из выжимок красных сортов винограда и ягод бузины в виде жидкости интенсивно красного цвета. Окраска продукта этим красителем зависит от рН: в кислых – красная, в нейтральных и щелочных – синяя (используется в кондитерской, регулируя органическими кислотами рН). В последнее время широко используются пигменты – красный томатов и шиповника – микопин; - ксантофилл – желтый пигмент яблок, томатов; - зеаксантин – желтый пигмент кукурузы; - цитроксантин – пигмент кожуры цитрусовых; - бетанин – в столовой свекле и т.д. Сахарный колер (карамель) – темно-окрашенный продукт карамелизации сахара – окраска напитков, кондитерских изделий. Синтетические красители. Индигокармин (динатриевая соль индигодисульфокислоты): O H NaSO3 N N H O NaSO3 в воде – синий цвет, применяют в кондитерском деле, при производстве сахара – рафинада. Тетразин желтый – натриевая соль азокрасителя: NaSO3 N N COONa N HO N SO3Na хорошо растворяется в воде; оранжево-желтый, в кондитерском деле, производстве напитков. Цветорегулирующие материалы – соединения, изменяющие окраску продукта в результате взаимодействия с компонентами пищевого сырья и готовых продуктов. Отбеливающие – вещества, разрушающие природные пигменты и окрашенные вещества, образующиеся при получении пищевых продуктов. Например, SO2 , H2 SO3 и ее соли оказывают отбеливающее и консервирующее действие, что тормозит ферментативное потемнение овощей и фруктов, замедляет образование меланоидинов. Необходимо помнить, что SO2 разрушает витамины В1 и влияет на молекулы белка. Бромат К: KBrO3 используется при отбеливании муки; разрушает В1 , РР, метионин. K(Na)NO2 - для сохранения красного цвета мясных изделий. Миоглобин – красный краситель при взаимодействии с нитрит-ионом образует нитрозомиоглобин, который придает мясным изделиям красный цвет, не изменяющийся при нагревании. 1.2 Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов – это индивидуальные вещества или смеси, природного происхождения и синтетические. К этой группе относят: – загустители, желе- и студнеобразователи: натуральные – желатин, пектин, агароиды, крахмал; получаемые искусственно, в т.ч. из природных объектов – метилцеллюлоза, амилопектин и т.д. Желатин – белковый продукт, представляющий смесь полипептидов с различной (50-70 тыс.) молекулярной массой и их агрегатов. Не имеет вкуса и запаха. Получают из костей, хрящей, сухожилий животных. Растворяется в горячей воде, при охлаждении образует студни (поликомпонентные не текущие системы, включающие ВМ компонент и низкомолекулярный растворитель). Применяют в изготовлении желе, зельца, мороженного, в кулинарии. Крахмал, его фракции (амилопектин), декстрины, модифицированные крахмалы (в России в пшеничном хлебе разрешается добавление окисленного и альдегидного). Пектиновые вещества: студнеобразующая способность зависит от молекулярной массы (степень полимеризации), количества метильных групп в составе молекулы (степень метоксилирования) и содержания свободных карбоксильных групп. Получают из исходного сырья кислой или щелочной экстракцией или ферментативным расщеплением. Лучшие – из корок цитрусовых и яблок, более низкие – из свеклы (отходы сахарного производства). Прочный студень пектин образует только в присутствии сахара и кислоты. Кислая среда препятствует диссоциации –СООН, снижает электростатическое отталкивание. Присутствие сахара уменьшает гидратацию пектина и способствует соединению молекул при образовании студня. В зависимости от степени этерификации –СООН - групп различают: - высокоэтерифицированные (используются при приготолении мармелада, мороженого, рыбных консервов, майонезов); - низкоэтерифицированные ( в овощных желе, студнях, пастиле). Агар-агар (и др. агароиды) получают из морских водорослей, произрастающих в Белом море и Тихом океане. Они незначительно растворимы в холодной воде, но набухают в ней. В горячей образуют коллоидный раствор, который при остывании дает прочный студень, обладающий стекловидным изломом (мармелад, пастила, зефир, студни, желе, в мороженом – предотвращает образование кристаллов льда). Агароид (черноморский агар) получают из водорослей филлофоры,растущих в Черном море. Студень имеет затяжистую консистенцию (студнеобразующая способность в 2-3 раза ниже, чем у Агар-агара). - Пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ) (из-за структуры и свойств регулируют состояние гетерогенных систем) – производные одно- и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения. Часто ПАВ, применяемые в пищевом производстве, не являются индивидуальными веществами. Название препарата соответствует основному продукту. Основные группы ПАВ: а) моно- и диглицериды б) производные моноглицеридов, этерифицированные карбоновыми кислотами O H2C O R CHOH O O H2C O R CHOH O C O C C COOH 2 O O C O CH3 O CH3 2 OH CH3 (1) (2) 1 - лакто-эфир (эфир моноглицерида и молочной кислоты; 2 – ДАВА-эфир (эфир моноглицерида и диацетилвинной кислоты). в) фосфолипиды используют в производстве хлеба, мучных и кондитерских изделий, шоколада, мороженного. Синтетические фосфолипиды представляют собой смесь аммониевых или натриевых солей различных фосфатидных кислот с триглицеридами: O H2C O R HC O O C O P 2 O R' OH ONH4 эмульгатор ФОЛС Их применение в шоколадном производстве позволяет экономить масло какао, в маргариновой – получать низкожирные маргарины (40-50%). В производстве маргарина применяют эмульгатор Т-Ф (смесь эмульгатора Т-1 (моно-(ди)глицерид) и фосфатидных концентратов (3:1)) г) эфиры сахарозы д) эфиры сорбита 1.3 Подслащивающие вещества а) Мед содержит 75% моно- и дисахаридов: 40% фруктозы, 35% -глюкозы, 2% сахарозы, 5,5% крахмала. Из витаминов (в мг/100г): С – 2; В6 -0,1; В9 - фолиевая кислота – 0,015; из микроэлементов: Fe, I, F. б) многоатомные спирты оказывают положительное действие на состояние зубов, увеличивают выделение желудочного сока H2C OH HO H HO H H OH H OH CH2OH H2C OH H OH HO H H OH CH2OH сорбит (сладость 0,6) ксилит (сладость 0,85) в) солодовый экстракт – водная вытяжка из ячменного солода (содержание глюкозы, фруктозы, мальтозы, сахарозы составляет около 5%). г) лактоза используется при приготовлении продуктов детского питания. Из синтетических подсластителей находят применение: а) сахарин (tпл=228-229), слаще сахарозы в 300-500 раз O (500 у Na-соли), 98% выводится из организма. Разрешен ФАО – 5 г/кг продукта NH (в жевательной резинке, диетических сырах) SO2 б) цикломаты – с приятным сладким вкусом, стабильны при варке, выпечке, хорошо растворяются в воде, в 30 раз слаще сахарозы в) аспартам, в молекулу которого входят остатки аспарагиновой и фенилаланиновой аминокислот. Используется для подслащивания кремов, мороженого, напитков, т.е. продуктов, которые не требуют тепловой обработки, т.к. при нагревании превращается в дикетопиперазин. H2N C CO CH2COOH H C COOCH3 H2 1.4 Консерванты и консервирование Сохранность сырья и готовых пищевых продуктов может быть обеспечена консервированием. Различают - физические методы: а) охлаждение (-1 - -5°С) и замораживание (-30 - -35°С) (наименьшее изменение вкусовых и пищевых достоинств), замораживание в интенсивном потоке холодного воздуха в скороморозильных аппаратах называется флюидизацией (псевдосжижение). С помощью высоких температур обеспечивается уничтожение микроорганизмов и инактивация ферментов. б) пастеризация – t<100°С (65-85°С), долго хранить пастеризованные продукты нельзя, так как в них остаются споры микроорганизмов. Лучший эффект достигается при 2-х – 3-х кратной пастеризации с промежутком 24ч – тиндализация. в) стерилизация – герметически закрытый продукт подвергают нагреванию при t – 113-120°С. г) обработка токами (УВЧ и СВЧ) – герметически закрытый продукт помещают в электромагнитное поле. При этом происходит повышение температуры до 96-101°С из-за усиленного движения заряженных частиц. д) ультразвуковые волны (с колебаниями свыше 20кГц) (хорошо сохраняют витамины). е) облучение УФЛ, ионизирующим излучением. - физико-химические (добавление соли, сахара, сушка продукта изменяют химический состав продукта, увеличивают осмотическое давление, не развиваются микроорганизмы). Близким к сушке является метод концентрирования путем сгущения жидких продуктов (молоко). - биохимические (квашение). - химические – введение консервантов: а) SO2 (Na2 SO3 , NaHSO3 ) – сульфитация продукта – антимикробное действие, ингибиторы дегидрогеназ; полуфабрикаты из картофеля и овощей от потемнения. Разрушают В1 (тиамин) и биотин. б) бензойная кислота (для плодоовощных продуктов), C6 H5 COONa (рыбные продукты, маргарин, напитки). в) сорбиновая кислота CH3 -CH=CH-CH=CH-COOH и ее соли (Na, K, Ca) (до 0,1%) имеет более сильные антисептические свойства, чем у бензойной и соли H2 SO3 ; используется в производстве фруктовых, овощных, рыбных, мясных продуктов, маргарина, при обработке упаковочных материалов. г) формальдегид и уротропин C6 H12 N4 строго ограничено используются при консервировании икры лососевых рыб. - комбинированные способы а) органические кислоты (уксусная, лимонная), соль и сахар в сочетании с нагреванием. б) копчение – комбинированный способ: в составе дыма антисептические вещества – фенол, крезол, фурфурол, кислоты, альдегиды, спирты и т.д. Удаляется часть воды, нагревание. в) антиокислители – вещества, замедляющие окисление ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав липидов. Из природных – токоферолы; из синтетических – БОТ - бутилокситолуол, БОА – бутилоксианизол. (в топленых маслах, кулинарных жирах). 1.5 Ароматизаторы Ароматизаторы – это вещества, улучшающие вкус и аромат, которые вносятся в пищевые продукты с целью улучшения органолептических свойств. Делят на природные (выделяют из фруктов, овощей и растений в виде соков, эссенций или концентратов) и вещества, имитирующие природные (эфирные масла, альдегиды, спирты, сложные эфиры и т.д.). L-глютаминовая кислота и ее Na-соль используется при производстве концентратов, 1 и 2-х блюд: HOOC C C C COONa 2 2 NH2 глутамат Na 2 Природные токсиканты и загрязнители Природные токсиканты – натуральные, присущие данному виду продукта биологически активные вещества, которые могут при определенных условиях вызвать токсический эффект 1. Биогенные амины – серотонин, тирамин, гистамин, обладающие сосудосуживающим эффектом. Серотонин содержится в овощах и фруктах, например, в томатах -12мг/кг, в сливе – 10мг/кг, шоколаде – до 27мг/кг. Тирамин – чаще в ферментированных продуктах, в сыре до 1100мг/кг, в маринованной сельди – до 3000мг/кг. Гистамин (вызывает нарушение сосудистых реакций, головную боль) -в сыре – от 10 до 2500мг/кг, в рыбных консервах, вяленой рыбе – до 2000мг/кг (запрещена реализация продуктов с содержанием гистамина выше 100мг/кг). 2. Алкалоиды – наиболее изучены пуриновые алкалоиды (кофеин, теобромин, теофилин). Содержатся в зернах кофе от 1 до 4%, в напитках – меньше: кофе ~ 1050мг/л, чай до 350мг/л, пепси-кола и кока-кола до 100мг/л (при систематическом употреблении на уровне 1000мг в день появляется эффект постоянной потребности). В картофеле содержится соланин, хаконин – стероидные алкалоиды. При прорастании картофеля их содержание увеличивается до 500мг/кг. 3. Цианогенные гликозиды при ферментативном или кислотном гидролизе выделяют HCN (например, амигдалин – в косточках миндаля – 5-8%, персика, сливы, абрикос – 4-6%. Загрязнители – токсические вещества, поступающие в пищу из окружающей среды, при производстве и хранении продуктов 1. Токсичные элементы: Hg, Pb, Cd, As, Zn, Cu, Sn и Fe.Большинство из них являются ядами кумулятивного действия, т.е. способны накапливаться в организме. Сведения о среднем содержании этих элементов в различных группах продуктов и предельно допустимые концентрации содержатся в «Справочном пособии по составу пищевых продуктов» 2. Микотоксины – токсины плесневых грибов (мико–грибы) – обладают токсическим эффектом в очень малых количествах (обнаружены в последнее десятилетие). В основном ими поражаются растительные продукты. Оптимальные условия для развития t ~ 30°С, влажность ~ 85%. Наиболее часто встречается – афлатоксин (арахис и кукуруза), патулин (заплесневелые яблоки, облепиха) и другие. Причем микотоксинами поражаются не только сами продукты, но и консервы, соки и варенья из них. В гнилых кукурузных початках содержится зеаралеон. Все микотоксины обладают канцерогенным действием. 3. Пестициды – это вещества, используемые для защиты растений в сельском хозяйстве. Наиболее распространены: хлорорганические (гексахлорциклогексан), фосфорорганические (метафос, хлорофос), карбоматы (севин), ртутьорганические (гранозан). 4. Нитраты – поступают с водой (ПДК до 45мг/л) и с пищевыми продуктами, а также образуются в организме человека (~ 100мг в день). Допустимая суточная доза NO3 для взрослого человека 325мг в сутки. При более высоких дозах через 4-6 часов появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов. Максимальное содержание нитратов – в недозревших плодах и овощах (не окончились обменные процессы); «накопители» - листовые, свекла, ранняя капуста. При хранении их содержание снижается на 30-50%, при мойке и очистке – 10-15%, при тепловой обработке – от40 до 80%. Причины вредности нитратов заключаются в возможности при некоторых условиях восстанавливаться в нитриты ( NO3 → NO2 ), которые взаимодействуя со вторичными и третичными аминами, образуют канцерогенные нитрозамины R1 R2 NH HNO2 R1 N R2 NO +HOH - нитрозамины содержатся в копченостях (с добавлением NO2 ) – до 80мкг/кг, копченой рыбе – до 110мкг/кг (в свежих – менее 1мкг/кг), сырах (ферментация) до 10мкг/кг, пиве – до 12мкг/л. - полициклические ароматические углеводороды являются сильными канцерогенами, образуются при жарке зерен кофе, в подгоревших корках, копченостях. - антибиотики содержат только животные продукты (лечение маститов у коров). Молоко не сворачивается, продукты могут вызывать аллергию.