-
شیمی مواد غذایی
شیمی مواد غذایی
دید کلی
غذا و تغذیه ، بی‌شک مهمترین موضوع مورد بحث دنیای امروز را تشکیل می‌دهد. افزایش آگاهی و دانش مردم در مورد خصوصیات تغذیه‌ای ترکیبهای مختلفی غذایی ، نیازمند این است که در مورد غذاهای خاص اطلاعات بیشتری مانند میزان هر یک از مواد معدنی و ویتامینها و مقدار مواد قندی و چربی‌ها ارائه شود.
امروزه بسیاری از روشهای مورد استفاده در تجزیه غذاها بر اساس سیستمی استوار است که حدود صد سال پیش توسط دو دانشمند آلمانی به نامهای Stohman و Hennberg برای تجزیه مواد غذایی دامی ارائه گردید و تحت عنوان تجزیه تقریبی غذاها نامگذاری شد. این طرح تجزیه‌ای شامل اندازه گیری اجزای اصلی غذا با استفاده از روشهای نسبتا سریع و قابل قبول بدون نیاز به وسایل یا مواد شیمیایی پیچیده می‌باشد.
مواد غذایی در واقع دو نیاز فیزیولوژیکی یعنی تامین انرژی و تشکیل و مرمت بافتها را بر عهده دارند که کربوهیدراتها و چربی‌ها تامین کننده انرژی مورد نیاز هستند و پروتئین‌ها برای بازسازی بافتها بکار می‌روند.
بررسی گروههای مهم غذایی
گروههای مهم غذایی شامل مواد قندی و نشاسته‌ای (کربوهیدراتها) ، شیر و لبنیات ، روغنها و مواد چرب خوراکی ، گوشت و فرآورده‌های گوشتی می‌باشد.
مواد قندی و نشاسته‌ای
شیرابه‌ای قندی ، مایعات غلیظی هستند که که حاوی ساکارز ، قند احیا کننده دکسترین ، اسیدهای آلی و مواد ازته هستند. مهمترین شیرابه قندی که در صنعت قندسازی استفاده می‌شود، ملاس یا شیرابه چغندرقند و نیشکر است. شیرابه قندی دیگر ، گلوکز مایع است که در صنعت تهیه محصولات قندی اهمیت زیادی داشته و از هیدرولیز نشاسته و بخصوص نشاسته ذرت بوسیله اسید کلریدریک تهیه می‌شود.
محصول اسیدی هیدرولیز نشاسته ، سپس بوسیله کربنات سدیم خنثی شده و پس از بی‌رنگ کردن بوسیله زغال حیوانی به صورت گلوکز مایع عرضه می‌شود.
قند و شکر
قند و شکر از شیرابه نیشکر و یا چغندرقند پس از مراحل مختلف تصفیه ، تهیه و به اشکال مختلف عرضه می‌شود. مواد اولیه‌ای که در تهیه محصولات قندی به اسامی آب نبات ، تافی ، انواع ژله‌ها و غیره بکار می‌روند، عبارتند از: قند ، گلوکز مایع ، اسیدهای آلی ، اسانس و رنگهای خوراکی که در انواع تافی ، شیر و چربی و در ژله‌ها ، ژلاتین و صمغ نیز بکار می‌رود.
عسل
عسل عبارت از تراوشات و شیرابه گیاهان است که بوسیله زنبور عسل جمع‌آوری شده و تغییر و تبدیلاتی در آن به عمل آمده و در کندو ذخیره می‌شود. برای تبدیل شیرابه گیاه یا Nector به عسل ، ساکارز که قسمت عمده قند گیاهی را تشکیل می‌دهد، در اثر عمل آنزیمهای مترشحه بوسیله زنبور عسل به قندهای ساده گلوکز و لولز تبدیل می‌شود. بنابراین قندهای عمده آن گلوکز و لولز هستند و مقدار ساکارز آن نبایستی از 8 درصد متجاوز باشد. علاوه بر این قندهای دیگری از قبیل ایزومالتوز ، رافینوز ، ملزیتوز و غیره نیز به مقادیر کم در آن موجود است.
PH عسل ، اسیدی است و اسید عمده آن اسید فرمیک می‌باشد، ولی اسیدهای آلی دیگر از قبیل اسید استیک ، اسید سیتریک ، اسید مالیک ، اسید تانیک ، اسید اگزالیک و غیره در آن یافت می‌شوند.
عسلهای مختلف در طول مدت نگاهداری ایجاد کریستال می‌نمایند. سرعت شکرک زدن به نسبت بین گلوکز و لولز بستگی دارد. مقدار لولز عسل معمولا بیشتر از میزان گلوکز است و هر قدر مقدار لولز کمتر باشد، شکرک زدن زودتر و سریعتر انجام می‌شود.
غلات و مواد نشاسته‌ای
قسمت عمده ساختمان غلات و حبوبات را نشاسته تشکیل می‌دهد. فرمول عمومی نشاسته
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
است. تعداد n غالبا بیشتر از هزار است. نشاسته در محیط مرطوب ، آب جذب می‌کند و در حرارت 70 درجه گرانول نشاسته باز شده و ایجاد حالت ژله‌ای در آب می‌نماید. هرگاه به محلول نشاسته ، ید اضافه شود، رنگ آبی ایجاد می‌شود. این رنگ در اثر حرارت از بین می‌رود، ولی پس از سرد شدن مجددا ایجاد می‌گردد.
* آرد گندم: دانه گندم عبارتست از: قسمت نشاسته‌ای 85 درصد ، سبوس (که حاوی مقدار زیادی سلولز و املاح معدنی می‌باشد) 12.5 درصد ، جوانه (شامل مقدار قابل توجهی پروتئین و چربی) 2.5 درصد. هرچه درجه سبوس گیری بیشتر باشد، رنگ آرد روشن‌تر می‌باشد و نسبت مواد پروتئینی و چربی نیز در آن کاهش می‌یابد. از آرد گندم و در پاره‌ای نقاط از آرد ذرت و نیز آردهای دیگر به منظور تهیه نان استفاده می‌شود.
شیر و لبنیات
شیر
شیر غذای بسیار کامل و باارزشی است. ترکیب عمده شیر از سه قسمت مختلف تشکل شده است: آب ، چربی و مواد جامد غیرچرب که شامل پروتئینهای شیر (کازئین ، آلبومین و گلوبولین) ، لاکتوز ، اسید لاکتیک ، اسید سیتریک و مواد معدنی می‌باشد.
افزودن آب به شیر و یا رقیق کردن آن با اندازه گیری وزن مخصوص شیر امکان‌پذیر است. بدین معنی که چون وزن مخصوص آب کمتر از شیر است، اضافه نمودن حجم معینی آب به شیر ، باعث کم شدن وزن مخصوص شیر می‌شود. از طرفی هرگاه قسمتی از چربی شیر گرفته شود، وزن مخصوص شیر افزایش می‌یابد و هرگاه در حین عمل گرفتن چربی ، افزودن آب به شیر انجام شود، ممکن است تفاوت قابل ملاحظه‌ای در وزن مخصوص شیر بوجود نیاید. ولی نتیجه آزمایشات دیگر از قبیل ماده خشک و مقدار چربی شیر ، وجود تقلب در شیر را در اختیار آزمایش کننده قرار می‌دهد.
خامه
خامه عبارتست از قسمتی از شیر که از نظر چربی غنی می‌باشد و معمولا با عمل خامه زنی از شیر جدا می‌شود. هرگاه خامه زنی به طریق مکانیکی انجام شود، محصول تهیه شده ممکن است تا 65 درصد حاوی چربی باشد.
شیر خشک
شیر خشک محصولی است که از تبخیر شیر حاصل می‌شود. رطوبت این محصول در درجه اول اهمیت قرار دارد، چون بالا بودن رطوبت یکی از عوامل تسریع فساد محصول می‌باشد. رطوبت شیر خشک نباید از 5.0 درصد تجاوز نماید و مقدار چربی آن برحسب اینکه شیر خشک تمام چربی و یا نیم چربی و بدون چربی باشد، متفاوت می‌باشد.
پنیر
پنیر محصولی است که از لخته شدن کازئین شیر در محیط اسیدی در اثر آنزیم مخصوص رنین که از معده چهارم یا شیردان گوساله حاصل می‌شود، تولید می‌گردد و بطور کلی انواع پنیر را به سه گروه پنیرهای نرم ، نیمه سخت و سخت تقسیم می‌کنند. در مرحله رساندن انواع پنیرها از تخمیرات مختلفی که در اثر فعالیت میکروارگانیسم و یا قارچ بخصوصی انجام می‌شود، استفاده می‌گردد.
پنیر یکی از محصولات با ارزش شیر بوده و دارای ارزش غذایی بسیار خوبی است. اسیدهای آمینه کازئین که در پنیر موجود می‌باشند، از نظر تنوع بسیار کامل بوده و حاوی کلیه اسیدهای آمینه ضروری می‌باشند.
کره
کره محصولی است که از زدن خامه بدست می‌آید. چربی خامه را جدا کرده و پس از خارج ساختن آب زیادی آن را به صورت یکنواخت در می‌آورند و گاهی مقداری رنگ و یا نمک به آن می‌افزایند. از نظر ساختمانی کره عبارتست از پخش ذرات آب در بین ذرات چربی که بطور ثابت قرار دارند و ترکیب کره عبارت است از: آب 15 - 15.3 درصد و 80 - 84 درصد مواد جامد غیر چرب شیر 1 درصد که شامل کازئین ، لاکتوز و املاح است.
عامل موثر در طعم و عطر کره ، دی استیل و به مقدار کمتر اسید بوتیریک ، اسید استیک ، اسید فرمیک و اسید پروپیونیک و آلدئید استیک است. جهت تهیه کره با طعم و عطر بهتر آنرا از خامه ترش‌شده تهیه می‌نمایند.
روغنها و چربی‌های خوراکی
روغنها و چربی‌های خوراکی از نظر شیمیایی جزء لیپیدها تقسیم بندی شده‌اند. لیپیدها گروهی از ترکیبات آلی هستند که در حلالهای آلی ( اتر ، کلروفرم ، بنزن و کربورهای هیدروژن از قبیل هپتان و هگزان و غیره) محلول بوده و در آب ، غیر محلول هستند. قسمت اعظم ساختمان روغنها و چربی‌های خوراکی را تری گلیسریدها تشکیل می‌دهند.
تفاوت بین چربی و روغن از نظر حالت فیزیکی آنها در حرارت معمولی است، بدین معنی که چربی‌ها دارای ظاهری سفت هستند، در حالی که روغنها در حرارت معمولی ، سیال و مایع می‌باشند. هرچه تعداد بند دوگانه در اسیدهای چرب تشکیل دهنده گلیسریدها کمتر باشد و یا ماده چرب از اسیدهای چرب با وزن مولکولی زیاد تشکیل شده باشد، از نظر فیزیکی سفت‌تر بوده و نقطه ذوب آن بالاتر است و برعکس زیاد بودن عوامل بند دوگانه و یا کم بودن وزن مولکولی اسیدهای چرب عللی هستند که باعث می‌شوند روغن از نظر ظاهری ، سیال و مایع باشد.
موقعی که چربی و یا روغن مدتی بماند، طعم و بوی آن تغییر می‌کند و در اصطلاح می‌گویند: روغن تند شده است . در حقیقت تند شدن روغن و یا مواد غذایی چرب ، فساد آنها را نشان می‌دهد. عواملی که فساد مواد چرب را تسریع می‌کنند، عبارتند از: گرما ، نور ، اشعه ماوراء بنفش ، رطوبت هوا و فلزات. هرقدر میزان غیر اشباع روغنها بیشتر باشد، اکسیداسیون سریعتر انجام می‌شود، به همین جهت روغن‌های مایع را در صنعت هیدروژنه می‌کنند.
همچنین مقادیر کم فلزات به عنوان تسریع کننده اکسیداسیون ، عمل اکسید شدن مواد چرب را تسریع می‌نمایند. به عنوان مثال مقدار 0.2ppm مس در کره ، اکسیداسیون آن را سریعا پیش می‌برد.
گوشت و فرآورده‌های گوشتی
گوشتهای مختلف ، منبع مهم پروتئین غذایی روزانه انسان را تشکیل می‌دهند. ترکیبات گوشت در حیوانات مختلف ، متفاوت بوده و در یک دام برحسب قطعات و قسمتهای بدن تغییر می‌کند. مقدار چربی در برخی از قطعات و قسمتهای بدن دام زیاد است و نسبت چربی و پروتئین از
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
تا
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
تغییر می‌کند. قسمت غیر چرب گوشت شامل نیتروژن ، پروتئین و آب و برخی املاح معدنی می‌باشد.
فساد گوشت
اثر آنزیمهای پروتئولیتیک سبب تجزیه و شکسته شدن ساختمان گوشت می‌شود و باعث آزاد شدن مقادیری مواد فرار و آمونیاک فرار در گوشت می‌شود و فعالیت آنزیمهای لیپولیتیک نیز سبب تجزیه و شکسته شدن مولکول چربی‌ها و گلیسریدهای موجود شده و دگرگونی آنها را سبب می‌شود. بالا رفتن اسیدهای چرب آزاد و نیز بوجود آمدن پراکسید و سایر عوامل فساد چربی‌ها ، موید فساد گوشت می‌باشد.
فرآورده‌های گوشتی نیمه آماده (سوسیس)
برای تهیه این فرآورده‌های خمیری از گوشت ، آرد ، انواع ادویه مختلف و در برخی مواقع شیر خشک استفاده کرده و برای بهبود تولید از پلی فسفاتها و نیز به عنوان نگاهدارنده از انیدرید سولفورو و سولفیت‌ها استفاده می‌شود. این خمیر در پوششهای طبیعی و یا مصنوعی نگاهداری شده و به صورت خام یا پخته و محصول دودی و شور و غیره تهیه و عرضه می‌شود.
برخی از فلزات موجود در مواد غذایی
سرب
سرب یکی از فلزات سنگین است که بطرق مختلف ، سبب آلودگی محیط و در نتیجه ایجاد عوارض مسمومیت حاد و یا مزمن در انسان می‌شود. تماس دراز مدت با این فلز سبب تجمع آن در بدن شده و یکی از مواد سرطانزا به حساب می‌آید. آلودگی مزارع و گیاهان به واسطه راه یابی فضولات کارخانجات که با ترکیبات سرب سروکار دارند، باعث افزایش میزان سرب در شیر و گوشت دامهائی که در مراتع چرا می‌کنند، شده و بطور مستقیم یا غیرمستقیم آلودگی غذای انسان را سبب می‌شود.
حداکثر میزان سرب برحسب استانداردهای موجود در کشورهای مختلف در آب آشامیدنی 50 میکروگرم در لیتر (ppb) و در مواد غذایی ، 2 میلیگرم در کیلوگرم (ppm) می‌باشد. همچنین لحیم قوطیهای کنسرو و در برخی موارد ، حاوی سرب است و نگاهداری غذا در این قوطی‌ها بخصوص در مورد اغذیه اسیدی سبب پیدایش سرب در ماده غذایی می‌شود.
مس
مس یکی از عناصر لازم در تغذیه انسان و دام است و به مقادیر کم در تولید هموگلوبین خون موثر است. به مقدار زیاد در اغذیه ایجاد عوارض و مسمومیت می‌نماید. استاندارد مس در بیشتر کشورها ، 20ppm در اکثر مواد غذایی است و در نوشابه‌ها و آب میوه این مقدار 2ppm می‌باشد. وجود مس در شیر به عنوان کاتالیزور در تسریع اکسیداسیون چربی و تغییر طعم شیر موثر است و میزان 2ppm مس در شیر و یا کره ، مدت نگاهداری این مواد را کاهش می‌دهد. همچنین وجود مس در میوه‌ها و سبزی‌های قوطی شده ، میزان ویتامین C موجود را کاهش می‌دهد.
قلع
مواد غذایی حاوی قلع در انسان ایجاد مسمومیت می‌نماید. گزارشهای متعددی مبنی بر مسمومیت افراد ناشی از مصرف آب‌میوه و یا مشروبات نگاهداری شده در قوطی ، در دست است. در صنایع غذایی ، قوطیهای فلزی که به منظور نگاهداری اغذیه بکار می‌روند، اغلب بوسیله یک ورقه قلع پوشیده می‌شوند. اغذیه مختلف بخصوص اغذیه اسیدی و همچنین اغذیه گوگرددار مانند ماهی و گوشت در مدت نگاهداری با سطح فلز قوطی ایجاد واکنش نموده و قسمتی از فلز در آن حل می‌شود. حداکثر مجاز قلع در اغذیه در بیشتر کشورها 250ppm است.
افزودنیهای مواد غذایی
محافظها
نگهدارنده‌ها ، موادی شیمیایی هستند که با جلوگیری از رشد میکروارگانیسمها و اکسیداسیون مواد اکسید شونده و کنترل فعالیت آنزیمها ، فساد مواد غذایی را به تاخیر انداخته و مدت نگهداری آنها را طولانی می‌نمایند.
تثبیت‌کننده‌ها و استحکام دهنده‌ها
شامل موادی مانند صمغ‌ها ، نشاسته و دکسترین و ژلاتین و بعضی ترکیبات پروتئینی و غیره می‌باشد که در اثر ترکیب آنها با آب مواد غذایی ، خاصیت چسبندگی به ماده غذایی داده و حالت ژله‌ای‌شکل تولید می‌کنند و در بیشتر پودینگها ، سسهای سالاد ، انواع ژله و غیره استفاده می‌شود.
مکملهای غذایی
مکملهای غذایی ، موادی هستند که به عنوان تکمیل کننده و تقویت کننده به مواد غذایی اضافه می‌شوند. مثلا ویتامین D به شیر ، ویتامینهای گروه B به محصولات غلات ، ویتامین A یا بتاکاروتن به مارگارین و روغن‌های گیاهی ، ویتامین C به آبمیوه‌جات کنسرو شده و مصنوعی که از اسانس ، شکر و رنگ تهیه می‌شوند، افزوده می‌گردند.
امولسیون کننده‌ها
امولسیون کننده‌ها موادی هستند که به عنوان استحکام دهنده و ایجاد امولسیون برای روغن در آب ، آب در روغن ، گاز در مایعات و گاز در جامدات بکار می‌روند که یا از امولسیون کننده‌های طبیعی مانند لیستین و یا از امولسیون کننده‌های مصنوعی مانند مونو یا دی گلیسریدها و اسیدهای چرب و مشتقات آنها استفاده می‌کنند.
بی رنگ و سفید کننده ، اصلاح کننده و تعدیل کننده نشاسته
مواد اکسیدانی مانند پراکسید هیدروژن جهت سفید کردن شیری که جهت تهیه نوع خاصی از پنیر است، استفاده می‌شود. همچنین برای تغییر رنگ آرد تازه آسیاب شده و کیفیت عمل آوری نان ، از مواد اکسیداسیون استفاده می‌شود.
عوامل اسید کننده
این عوامل موادی هستند که جهت پایین آوردن PH به مواد غذایی افزوده می‌شوند که ضمن اصلاح طعم ، بطور غیرمستقیم از رشد باکتری‌ها جلوگیری نموده و مدت زمان استریل محصولات کنسرو را کمتر می‌نمایند. همچنین باعث جلوگیری از شکرک زدن مرباجات در غلظتهای زیاد می‌گردند. این مواد عبارتند از: اسید سیتریک ، اسید استیک ، اسید مالیک و ... .
طعم دهنده‌ها
برای تغییر طعم و اصلاح طعم مواد غذایی از طعم دهنده‌های طبیعی مانند ادویه‌جات و اسانسهای طبیعی و یا از طعم دهنده‌های مصنوعی مانند اسانسها استفاده می‌شود. اسانسهای طبیعی را از میوه ، گل ، برگ و غیره گیاهان توسط تقطیر در خلاء بدست می‌آورند. بعضی از اسانسهای مصنوعی عبارتند از: بنزآلدئید با طعم گیلاس ، اتیل بوتیرات با طعم آناناس و متیل آنترانیلات با طعم انگور و ...
رنگها
رنگها مواد رنگی مختلفی می‌باشند که به صورت طبیعی و یا مصنوعی تهیه شده و جهت خوش منظر کردن و یا متحدالشکل کردن و گاهی هم برای مخفی کردن و نامحسوس جلوه دادن عیوب و تقلب در فراورده‌های غذایی بکار می‌روند.
