Compozitia chimica generala a alimentelor

Compozitia chimica generala a alimentelor

Alimentele sunt formate din substante a caror natura, numar si proportie se diferentiaza de la o grupa de produse la alta sau chiar de la produs la produs. Substantele componente se pot clasifica dupa modul cum ajung in produsele alimentare in trei grupe:

l substante native: se gasesc in mod natural in materiile prime;

l substante incorporate (adaugate): se adauga din diverse ratiuni legate de reteta, de modelarea unor proprietati, de procesul tehnologic sau de asigurarea unei anumite stabilitati produsului final;

l substante accidentale: patrund in mod intamplator in produsele alimentare.

Substantele native sunt previzibile, cunoscute, controlabile.

v    pot fi substante anorganice (apa, substantele minerale) si organice (glucide, lipide, proteine, acizi organici, substante colorante, vitamine, enzime etc.).

Substantele incorporate sunt admise din punct de vedere al legislatiei sanitar - igienice in anumite doze si pentru anumite categorii de alimente.

sunt previzibile - se poate verifica daca administrarea lor in produs s-a facut in doza admisa si sunt controlabile.

sunt cunoscute sub numele de aditivi alimentari care pot fi: substante organoleptizante (indulcitori, aromatizanti), substante tonifiante, conservanti, antioxidanti, substante antiseptice, gelifianti etc.

Substantele accidentale sunt aleatorii si se refera la toate substantele straine mai mult sau mai putin toxice care afecteaza inocuitatea alimentelor. Exista standarde internationale obligatorii si voluntare care reglementeaza dozele admise de substante straine in produsele alimentare.

In produsele alimentare pot patrunde in mod accidental pesticide (insecticide, ierbicide), contaminanti, toxine, radionuclizi.

Acestea sunt reprezentate de: pesticide ramase in produsele alimentare din materiile prime, substante provenite din utilaje si ambalaje, substante rezultate in urma procesului de interactiune in timpul fabricarii, pastrarii sau conservarii alimentelor si de alte substante determinate de poluarea materiilor prime alimentare.

• Contaminantii reprezinta substantele chimice sub forma de emisii de gaze, aerosoli, substante eliberate din utilaje si ambalaje, substante gazoase.

• Micotoxinele (metaboliti ai mucegaiurilor) - provoaca usor intoxicatii acute fara sa fie depistata usor cauza.

• Radionuclizii pot patrunde in produsul alimentar in urma unor accidente ale obiectivelor termo- si electronucleare, prin imprastierea sau proasta depozitare a deseurilor radioactive.

Continutul intr-o substanta oarecare din produs se poate exprima astfel:

l grame substanta per 100 g produs sau %;

l miligrame substanta per 100 g produs sau mg %;

l micrograme pe 100g produs;

l parti per million (ppm).

Ecuatia compozitiei chimice generale a alimentelor se prezinta astfel:

Apa

l Apa este un element constitutiv si necesar tuturor organismelor vii. Omul are nevoie zilnic de 2-3 l de apa pentru a-si asigura echilibrul hidric al organismului.

l Continutul de apa din produsele alimentare influenteaza proprietatile acestora, respectiv consistenta, stabilitatea, reprezentand un criteriu in aprecierea calitatii acestora.

l Apa potabila este consumata ca atare, exista in alimente pe cale naturala, intra in structura unor retete ale produselor alimentare sau este folosita ca agent tehnologic.

Pentru a fi utilizata apa trebuie sa indeplineasca o serie de criterii de calitate, trebuie sa prezinte maxima puritate, sa fie potabila.

Conditiile de potabilitate ale apei sunt urmatoarele:

l sa fie incolora, transparenta, inodora, relativ insipida, sa nu contina substante chimice organice sau de alta natura peste limita maxima admisibila de standardele obligatorii;

l sa fie lipsita de microorganisme patogene si relativ patogene;

l microflora saprofita sa fie limitata strict la un numar foarte redus;

l sa aiba compozitie acceptabila in saruri de calciu care imprima asa - numita duritate a apei.

l Apa ca agent tehnologic nu influenteaza continutul de apa al produsului, dar faciliteaza obtinerea lui.

l Calitatea produselor alimentare este influentata de calitatea apei: substantele straine din apa odata patrunse in produsele alimentare raman in acestea, chiar daca in cursul procesului tehnologic apa migreaza din produs.

Apa reprezinta elementul cel mai dinamic din compozitia alimentelor.

l Apa se gaseste in diferite proportii in produsele alimentare. Continutul de apa in produsele alimentare variaza in limite foarte largi (0,1 - 95%).

Exemple:

l continut mic de apa: unele produse rafinate (zahar, ulei comestibil, grasimi animale topite): 0,1 - 15%; pulberile alimentare (produse deshidratate: lapte praf, oua praf): 3 - 6% apa; biscuitii si produsele de patiserie uscata: 8 -12%; legume deshidratate: 10 - 12%; paste fainoase: 12 -13%; fructe uscate: 18 - 22%; paine (produse de panificatie): 23 - 48%;

l continut mare de apa: fructe proaspete: 75 - 95%; legume: 65 - 95%; lapte: 87 - 90%; bere: 86 - 91%,   carne: 58 - 74%; peste: 62 - 84%.

Apa influenteaza consistenta sau viscozitatea produselor alimentare si stabilitatea la pastrare.

l In standardele de produse alimentare, apa a fost selectata drept caracteristica de calitate, nominalizata fie prin continutul de apa, fie prin umiditatea produsului.

l Se exprima in procente, ca limita maxim admisa (% max) sau interval de variatie procentuala.

l La produsele lichide se determina continutul de substanta uscata solubila.

l La sucurile naturale, la pastele de legume si fructe, siropuri se determina gradul refractometric.

Substantele minerale

se gasesc in toate produsele alimentare cu exceptia celor rafinate, unde se afla sub forma de urme.

se gasesc in numar foarte mare in produsele alimentare, dar in cantitati foarte mici.

se regasesc pe cale naturala in materiile prime vegetale si animale. In anumite cazuri se adauga substante minerale in produsele alimentare ca aditivi alimentari, pentru echilibrarea valorii nutritive.

Substantele minerale native se pot clasifica din punct de vedere cantitativ in trei grupe:

l macroelemente: Ca, P, K, Na, Mg; continutul lor se exprima in %;

l microelemente: Fe, I, Mn, F, Zn, Sn; continutul lor se exprima in mg%;

l ultramicroelemente: U, Ra, Th (elemente de radioactivitate naturala); continutul lor se exprima in ppm.

Fiecare element chimic este implicat in metabolismul mineral al corpului omenesc, dar la o supradoza prezinta toxicitate.

l Dozele zilnice necesare pentru anumite elemente minerale sunt urmatoarele: Ca: 0,8 - 1,4 g; P: 0,8 - 1,5 g; Na: 4 - 5 g; K: 2 - 3 g; Fe: 8 - 28mg; Mg: 0,6 - 0,7 mg.

In standarde continutul de substante minerale este selectionat drept caracteristica de calitate sub denumirea de cenusa (%).

Unele elemente minerale cum sunt: cuprul, plumbul, staniul, zincul, arseniul sunt nocive si in consecinta, in standarde se interzice sau se limiteaza prezenta lor in alimente.

Glucidele

Sunt substante de natura organica;

Principalul rol in organism - rol energetic: 1g de glucide prin ardere in organism furnizeaza 4,1 kcal.

Influenteza stabilitatea produselor alimentare si acceptabilitatea de catre consumatori.

Continutul de glucide reprezinta o caracteristica de calitate importanta pentru produse ca mierea, zaharul, produse zaharoase, sucuri de fructe, lichioruri.

In standarde, continutul de glucide se exprima sub forma de:

- Zahar total

- Zahar direct reducator, ambele in % zahar invertit.

Se prevad valori maxime sau minime, in functie de produs si de semnificatia indicatorului.

Exemple:legume: 1,5 - 5,6 %; fructe: 5 - 17, 18 %; cereale, leguminoase: 50 - 85%; lapte: 5 - 5,8 %.

Glucidele se clasifica in functie de complexitatea moleculei si de proprietati:

l monoglucide:

o  pentoze: arabinoza, xiloza, riboza;

o  hexoze: glucoza, fructoza, galactoza;

l oligoglucide:

o  diglucide: zaharoza, maltoza, lactoza;

o  triglucide: rafinoza;

l poliglucide:

o  amidonul, glicogenul, inulina, celuloza.

Glucidele cu molecula mica (hexoze-glucoza,fructoza-, diglucide-zaharoza) prezinta o serie de proprietati:

v    gustul dulce cu intensitate variabila: zaharoza: 1 (100%); glucoza: 0,74 (74%); fructoza: 1,7 (170%); zaharul invertit: 1,4 (140%); maltoza: 0.4 (40%); lactoza: 0,16 (16%);

v    fermentescibilitatea: capacitatea unor glucide cu molecula mica ca sub actiunea unor microorganisme sa fie transformate in alte substante: alcool etilic, acid lactic, acid citric etc.;

v    higroscopicitatea: determina aviditatea la vaporii de apa din atmosfera a unor produse alimentare. Cea mai higroscopica glucida este fructoza, urmeaza apoi in ordine descrescatoare zaharul invertit, glucoza, iar cea mai stabila glucida la actiunea vaporilor de apa atmosferici este zaharoza;

v    caramelizarea;

v    solubilitatea in apa.

Lipidele

Continutul de lipide reprezinta o caracteristica de calitate pentru produse ca unt, mezeluri, carne, lapte, branzeturi.

Reprezinta o grupa eterogena de substante naturale - sunt esteri ai alcoolilor cu acizi grasi superiori.

Sunt insolubile in apa, dar solubile in solventi organici.

Au rol energetic: 1g de lipide prin ardere in organism furnizeaza 9,3 kcal.

Sunt prezente in organisme vegetale si animale.

Sunt solventi pentru vitaminele liposolubile: A,D,E,K.

Clasificare:

l simple: alcool + acizi grasi (gliceride-trigliceridele, steride-colesterol);

l complexe: alcool + acizi grasi + alte substante (lecitinele din categoria fosfatidelor).

Acizii grasi mai raspanditi in produsele alimentare sunt urmatorii:

• nesaturati: oleic, linoleic, linolenic;
• saturati: palmitic, stearic.

Acizii grasi nesaturati confera fluiditate gliceridelor pana la temperaturi sub 0⁰C. Acizii grasi saturati determina starea solida a gliceridelor pana la temperatura de 30-50⁰C.

In produsele alimentare continutul de lipide variaza astfel: cereale: 1,2 - 1,5 %; (ovaz: 4%, porumb: 4 - 6 %); faina: 1%; orez alb: 0 - 1 %; legume: 0,1 - 0,2 %; fructe: 0,2 - 0,4 % (alune, migdale, nuci - 67%); leguminoase: 2 - 3 %; semintele de leguminoase: soia - peste 20%, arahide - peste 45%; lapte: 3 - 4 % (3,5 - 4,5 % in functie de rasa); oua: 1 - 5 %; carne: 2 - 45 % (in functie de specie, sistem de furajare); peste: 2 - 24 %.

Continutul de lipide din produsele alimentare de origine vegetala la nivel de materii prime este foarte redus (cu cateva exceptii). In produsele de prelucrare cantitatea de lipide variaza ca urmare a extragerii sau adaugarii acestora. Adaugarea de lipide se face pentru modificarea anumitor proprietati reologice sau pentru modelarea valorii nutritive.

Principalele modificari ale lipidelor cu implicatii asupra proprietatilor si pastrarii produselor alimentare sunt:

• hidroliza: gliceridele se disociaza in acizi grasi si glicerina; glicerina este solubila in apa si prezinta gust dulce;
• sicativitatea: capacitatea unui ulei ca aplicat in strat subtire pe o suprafata, in contact cu aerul atmosferic, sa formeze o pelicula -linoxina - la inceput moale si elastica, dar cu tendinta de rigidizare in timp. Aceasta proprietate este utilizata la fabricarea vopselelor pe baza de ulei, dar are implicatii si in  transportul uleiurilor vegetale in vrac.

In produsele alimentare intalnim uleiuri vegetale:

sicative: de in, canepa;

semisicative: de seminte si samburi de fructe din zona temperata (floarea soarelui, germeni de porumb, seminte de dovleac, soia);

nesicative: masline, migdale, cocos.

degradarea grasimilor sub actiunea unor factori din mediul extern: rancezirea, degradarea pirolitica, seuficarea.

La stabilirea si analizarea calitatii produselor alimentare, continutul de lipide reprezinta una dintre caracteristicile de calitate, prescrisa in standarde sub forma de: grasime bruta (%); grasime raportata la substanta uscata (S.U.).

Protidele

substante organice azotate (au in compozitie azot).

substante cu rol plastic - formarea si regenerarea tesuturilor corpului omenesc.

au rol energetic, dar acesta trebuie sa fie secundar:1g de protide prin ardere in organism furnizeaza 4,1 kcal.

continutul de proteine = caracteristica de calitate pentru lapte, branzeturi, produse din carne.

standardele prevad valori minim admise - proteina totala sau bruta.

proportia din alimente variaza de la 0,3% la 40%.

Protidele ca substante proteice sunt substante alcatuite din aminoacizi. Din punct de vedere al importantei pentru corpul omenesc exista aminoacizii sunt grupati in:

esentiali: fenilalanina, leucina, izoleucina, lizina, metionina, treonina, triptofanul, valina;

relativ esentiali: arginina, histidina;

neesentiali (sintetizabili de organism).

Protidele prezinta o foarte mare varietate de compusi si practic sunt foarte greu de clasificat si determinat ca substante entitate. Se apeleaza de aceea la determinarea cantitatii de proteina totala (cantitatea de protide). Aceste substante contin carbon, hidrogen, oxigen si intotdeauna azot.

Protidele dupa compozitie se grupeaza astfel:

holoproteide (alcatuite numai din aminoacizi);

heteroproteide (in molecula proteica se gaseste si o grupare neproteica).

Printre proprietatile reprezentative ale protidelor se evidentiaza:

• capacitatea de hidratare (imbibitia) reprezinta capacitatea unui corp proteic, de a lega apa in proportie de pana la 300%. Aceasta proprietate este valorificata la fabricarea pastelor fainoase (capacitatea de hidratare 28 - 30 %), la fabricarea produselor de panificatie (capacitatea de hidratare 45 - 54 %), la obtinerea unor preparate din carne capacitate de hidratare redusa; poate fi marita prin adaugarea de polifosfati in saramura de la 20% spre 50% chiar pana la 100% (excesul de polifosfati in saramura este suplinit si cu amidon).
• Denaturarea chimica sau termica
• Denaturarea fizica

• Hidroliza proteinelor se produce in trepte. Fiecare produs de hidroliza imprima anumite proprietati. Hidroliza in trepte se produce foarte controlat la fabricarea branzeturilor, de aici si marea diversitate sortimentala a branzeturilor. Maturarea carnii si a pestelui se bazeaza de asemeni pe aceasta proprietate; are loc cu modificarea gustului (amarui pana la dulceag, gust de carne sau de cauciuc) si definitivarea proprietatilor alimentelor. Hidroliza in trepte este utilizata si la obtinerea unor supe concentrate, concentrate alimentare diverse etc.

Prin descompunerea substantelor proteice datorita prelucrarii tehnologice, conditiilor de pastrare sau actiunii unor factori externi se formeaza in produse amoniac. De aceea, amoniacul reprezinta o caracteristica de calitate ce indica prospetimea produselor de origine animala.

In alimente exista si substante azotate anorganice - nitriti, nitrati - utilizati in industria carnii cu dublu scop: mentinerea unui colorit cat mai apropiat de cel natural al carnii si ca substanta conservanta; se acumuleaza in plante ca urmare a ingrasamintelor administrate in exces (ex. cresterea cantitatii de nitriti si nitrati in legume).

Evaluarea calitatii produselor alimentare din punct de vedere al continutului in protide se face cu ajutorul urmatorilor indicatori:

• continutul in proteina bruta, in %; la o serie de produse trebuie sa aiba o valoare minima de acceptabilitate;
• continutul in proteina neta, in %
• raportul intre azotul proteic (Np) si azotul neproteic (Nn); azotul neproteic este format din aminoacizi, amine, amide, dipeptide; la produsele maturate cantitatea de Nn este mai mare; azotul total (Nt) este dat de suma dintre Np (97 - 99 %) si Nn (1 - 3 %).
• azotul usor hidrolizabil: permite evaluarea stabilitatii substantelor proteice din produsele alimentare prin identificarea proportiei de amoniac; in standarde se exprima in mg%.
• continutul de nitriti si nitrati, in %: permite evaluarea igienei produsului.

Acizii

Acizii se clasifica in:

• acizi organici: formic (fragi, zmeura), malic, succinic (fructe necoapte), tartric (struguri), citric, acetic si lactic (rezulta ca urmare a unor fermentatii);
• acizi anorganici: ortofosforic (sub forma de saruri acide sau liber cand este folosit pentru acidularea unor produse zaharoase pe baza de caramel si chiar la unele bauturi racoritoare) si carbonic.

Proprietatile gustative ale acizilor sunt foarte variate. Exista un prag de perceptie al gustului acru (aciditatea gustativa). Acest prag de perceptie reprezinta cantitatea minima de acid dizolvat care provoaca perceptia gustativa de acru.

Acizii se deosebesc foarte mult din punct de vedere al efectului gustativ. Cel mai pur gust acru il are acidul citric, urmat in ordine descrescatoare de acidul tartric (usoara astringenta), succinic, lactic, acetic. Exista substante care accentueaza gustul acru (substante acide asociate cu substante tanante) care intensifica gustul real pana cand poate deveni inacceptabil pentru consumator.

Anumiti acizi extrasi din materii prime diverse folosesc drept aditivi alimentari: de ex., acidul citric si acidul tartric se folosesc ca sare de lamaie.

In produsele alimentare aciditatea influenteaza nu numai proprietatile organoleptice, ci si alte proprietati cum sunt cele care reflecta stabilitatea produselor alimentare.

Unii acizi pot fi si agenti de conservare: lactic, acetic. Acestia inhiba microflora de putrefactie.

Controlul asupra acizilor si aciditatii, felului si marimii aciditatii produselor alimentare vizeaza atat nivelul calitatii cat si stabilitatea produselor alimentare in timpul pastrarii.

Acizii si aciditatea reflecta nu numai calitatea in momentul terminarii proceselor de fabricatie, dar si evolutia calitatii produsului alimentar in timpul pastrarii.

Aciditatea se exprima prin intermediul urmatorilor indicatori:

Aciditate titrabila, exprimata prin proportia acidului predominant: reflecta aciditatea fixa.

fructe citrice: proportia acidului citric;

fructe din zona temperata: proportia acidului malic;

legume lactoacide: proportia acidului lactic.

Aciditatea titrabila, exprimata in grade de aciditate.

Aciditatea activa sau pH-ul: pentru unele produse alimentare prospetimea se situeaza sub valoarea 6 a pH-ului (de ex., carnea proaspata are pH-ul 5,6).

Aciditatea volatila: se exprima prin aciditatea titrabila a acizilor volatili separat fata de aciditatea fixa (de ex., la bauturile slab si moderat alcoolice - proportia de acid acetic).

Colorantii

Colorantii sunt substante care in cantitati extrem de reduse contribuie la nuanta coloristica a produselor alimentare. Fara acestea, produsele alimentare ar fi albe sau incolore si ar lipsi atractivitatea prin culoare.

Colorantii pot fi nativi (preexistenti in materiile prime), rezultati din procesele de prelucrare si pastrare, adaugati sau incorporati.

Colorantii nativi se gasesc cu precadere in produsele de origine vegetala, reprezentanti fiind:

coloranti carotenoidici: caroten (culoare portocalie), licopen (culoare rosie), xantofila (culoare galbena); ei se gasesc in morcovi, rosii etc.

coloranti clorofilieni: clorofila a (colorit verde deschis, prazuliu), clorofila b (colorit verde- albastru).

coloranti antocianici (antocianine): culoarea variaza de la rosu spre roz - violaceu la albastru inchis; se gasesc in legume frunzoase (culoarea variaza de la verde - galben spre verde - inchis ca urmare a proportiei intre pigmenti), varza rosie. In functie de pH acesti coloranti isi modifica culoarea. De exemplu, zeama de varza rosie prin adaos de bicarbonati de sodiu capata o coloratie albastra, iar prin adaos de acid citric sau acid acetic o coloratie rosu aprins.

Principalii coloranti din carne si produsele din carne sunt hemul din hemoglobina si mioglobina.

Colorantii rezultati din procesele tehnologice sunt de doua feluri:

produsi de caramelizare: caramelul; prezinta coloratie bruna; acestia se formeaza prin degradarea termica a glucidelor; se prepara si distinct pentru colorarea produselor alimentare; produsele de culoare bruna contin caramel: berea bruna, berea neagra, unele produse zaharoase;

melanine sau melanoide; prezinta, de asemenea, coloratie bruna in diferite nuante, care se formeaza prin interactiunea dintre zaharurile reducatoare si acizii sau aminoacizii; apar in produsele de panificatie, laptele concentrat (cand nu a fost bine prelucrat).

Colorantii incorporati (adaugati sunt coloranti extrasi din alte materii prime fata de cele alimentare sau din subproduse, deseuri din industria alimentara, precum si coloranti de sinteza.

Pentru uz alimentar sunt selectati putini coloranti artificiali, dintre cei mai putin periculosi, folositi ocazional. Legislatia noastra accepta urmatorii coloranti: tartrazina (galben) E 102, orange S (portocaliu) E 110, albastru patentat (albastru) E 131, azorubina (rosu) E 122, ponceau 4R (rosu) E 124, indigotina (albastru) E 132, ponceau 6R (rosu) E 126, eritrozina (rosu) E 127, verde acid briliant (verde) E 142, negru briliant BN (negru) E 151.

Regula de colorare a produselor alimentare este ca sa fie utilizati numai coloranti admisi legal si acceptati pe plan national si international, sa fie pregatiti inainte de utilizare.

Exista domenii nominalizate de utilizare a pigmentilor de sinteza, stabilite prin Normele de igiena si sanatate publica privind alimentele. Colorarea nu se face pentru a masca defectele de calitate sau un fenomen degradativ, ori alterarea produselor.

Din punct de vedere legal exista obligatia sa se declare pe etichete sau ambalaje colorantii utilizati si acceptati prin normele igienice sau sanitare.

Vitaminele

Vitaminele sunt substante cu rol catalitic care controleaza o serie de procese metabolice si fiziologice. Sunt necesare in cantitati foarte mici (2-5 mg/zi) cu exceptia vitaminei C (50 mg/zi - doza necesara, 60-75 mg/zi - doza recomandata).

Atunci cand necesarul organismului este acoperit prin vitamine, starea de sanatate a organismului este normala. Daca aportul este redus fata de necesar apare hipovitaminaza, daca lipsesc vitaminele apare avitaminoza care se manifesta cu boli cronice degenerative. Aceste fenomene sunt specifice daca sunt raportate la o anumita vitamina: hipovitaminaza PP, avitaminoza PP (pelagra), avitaminoza C (scorbut), impiedicarea depunerii Ca in sistemul osos (rahitism) prin lipsa partiala a vitaminei D.

Sunt substante foarte eterogene din punct de vedere chimic, reunite intr-o singura grupa de substante dupa efectul fiziologic pe care il au.

Vitaminele solubile in grasimi (liposolubile) sunt: A, D, E, K si mai recent vitamina F (acizi grasi polinesaturati).

Vitaminele hidrosolubile sunt: B1, B2, B6, B12, C, P, PP.

In normele de nutritie apar numai vitaminele A, D, B1, B2, C si PP.