chimia alimenatra

7/30/2019 Chimia alimenatra

1/132


2/132

Universitatea Tehnic a Moldovei Facultatea Tehnologie i Management n Industria Alimentar Catedra Tehnologia conservrii

Chimia Produselor AlimentareCiclu de prelegeri Partea 1

Chiinu U.T.M. 2007

1


3/132

Ciclul de prelegeri a disciplinei Chimia produselor alimentare se adreseaz studenilr specialitilor: 541.2 Tehnologia produselor alimentare, 541.1 - Tehnologia i manntul alimentaiei publice, 552.2 - Biotehnologii industriale a Facultii de TehnoloManagement n Industria Alimentar. Materialele prelegerilor snt selectate i expuse onformitate cu programul de nvmnt a specialitii 541.2 Tehnologia produselor aliscopul elucidrii mai detaliate a unor probleme complexe referitor la proprietile funcionale a substanelor chimice n compoziii alimentare, n materialele prelegerilor incluse suplimentar unele informaii din disciplinele biochimia, chimia fizic, microbiologia, tehnologia alimentar. De asemenea n materialele prelegerilor este prezentat informaia despre modificrile compuilor chimici a alimentelor n fluxul de prod, la pstrare, caracteristici fizico-chimici, indicii proprietilor senzoriale a prod

uselor alimentare. Prima parte prima a ciclului de prelegeri include trei teme din programul de nvmnt. n continuare vor fi publicate partea a doua i partea a trrelegerilor Chimia produselor alimentare, care vor cuprinde urmtoarele cinci teme.Ciclul de prelegeri se adreseaz studenilor cu forma de nvmnt la zi i studenilona redus. Autor: prof. univ. dr. hab. P. Tatarov Redactor responsabil : prof. univ. dr. hab. P. Tatarov Recenzent: conf. univ. Grigore Musta Redactor:Irina Enache Bun de tipar 12.10.07. Formatul hrtidactare i Editare a U.T.M. 2068,Chiinu, str. Studenilor, 9/9.

U.T.M, 20072


4/132

Prefa Chimia alimentar este o ramur a tiinelor chimice de valoare fundamental iv. Obiectivele i coninutul chimiei alimentare sunt specificate n funcie de aria apii n diferite ramuri cu diverse particulariti: n nutriie, toxicologie, chemometriearmaciutic, agricultur, biotehnologie, tehnologia chimic. Coninutul i obiectivele ncipale a disciplinei chimia alimentar, cu particularitile aplicrii n tehnologia aentar snt urmtoare: compoziia chimic a alimentelor, semifabricatelor, a materiilorime; substane biologic active, aditivi alimentari, substanele strinein alimente; prprietile funcionale a compuilor chimici i influena lor asupra valorii nutritive senzoriale a alimentelo ; modificrile compuilor chimici a alimentelor n fluxul deproducie ,n timpul pstrrii produselor finite.

-Tematica disciplinei chimia alimentar include fenomenele de interaciune ntre divericompui chimici n compoziii alimentare, principiile i metodele de analiz a alimente. Chimia alimentar este o tiin n continu dezvoltare. Realizrile tiinifice a chntare tot mai larg ptrund n tehnologia i ingineria alimentar. Chimia alimentar arerol determinat fa de obiectivele tehnologiei alimentare, inclusiv biotehnologiileutilizate n industria alimentar.

3


5/132

Tema 1. Valoarea nutritiv i proprietile senzoriale a produselor alimentare Hrana omlui este constituit din alimente. Alimentele conin o gam mare de substane chimice cre formeaz compoziii alimentare nutritive necesare pentru creterea, 2rennoirea i fonara normal al organismului uman. Compoziia chimic este baza produselor alimentare. Proprietile alimentelor se apreciaz prin coninutul compuilor chimici care determaloarea nutritiv, calitile senzoriale. 1.1. Caracteristica general a compoziiei chce a produselor alimentare Produsele alimentare se obin din materiile prime de origine vegetal i animal. Compoziia chimic a alimentelor depinde n primul rnd de si soiurile ale materiilor prime. Ca regul, alimentele nu snt rafinate. Ele conin nnumai compui chimici necesari organismului uman, dar i alte substane cu diferite proprieti fizico-chimice i nutritive. Compoziia chimic a materiilor prime se formea

b influena mediului ambiant i reflect variabilitatea chimic a solului, a apei i a ului. Pe de alt parte alimentele obinute prin tratament tehnologic, ntr-o msur maire sau mai mic, se deosebesc de compoziia chimic a materiei prime. Abaterea n compoiia chimic apare n urma modificrilor fizico-chimice, chimice, biochimice care, n pcipiu, snt prevzute de tehnologiile aplicate. Excepie prezint doar produsele care sconsum n stare proaspt (legume, fructe etc.). Compoziia chimic a alimentelor estrem de variabil. Majoritatea produselor alimentare snt compuse din sute i mii de substane chimice. Ca excepie, un numr separat de alimente conine 2...5 substane, chide o singur substan chimic. De exemplu, zaharoza (zahrul), amidonul.

4


6/132

Valoarea i proprietile a materiilor prime variaz n funcie de condiiile geograficaterice, de tehnologiile utilizate n producie. n agricultur se folosesc preparate cimice n calitate de ngrminte a solului, pentru protecia plantelor, pentru tratareerinar a animalelor. Ca urmare, o parte din ele se acumuleaz n sol, ap, aer. n conuare, prin procese de difuzie i sorbie, rezidiu de preparate chimice i derivatele lor ptrund n iarb, frunze, cereale, legume, fructe. Utilizarea acestor surse vegetale n alimentaie poate conduce la majorarea coninutului derivailor preparatelor chimie n carne, lapte, pete, produsele vegetale (fig.1). Prin urmare, innd cont de faptuc compoziia chimic a alimentelor este complex, se poate de formulat o apreciere geeralizat a produselor alimentare n felul urmtor: Produsele alimentare pot fi caracterizate ca compoziii chimice alimentare, complexe, formate din mii de compui chimi

ci de baz i sute de mii de substane chimice secundare. Compuii chimici de baz sntct necesari pentru organismul uman i caracterizeaz valoarea nutritiv a alimentelor.Ei prezint surse principale de substane plastice, surse de energie, de substane biologic active. Compuii chimici secundari nu manifest valoare nutritiv, ns ele inflaz asupra proprietilor fizico-chimice i senzoriale a alimentelor prin diverse combiaii i interaciuni cu compui chimici de baz. Substanele chimice de baz care prin e ci de metabolism asigur activitatea vital al organismului au fost numii nutrimenau substane nutritive. Substanele nutritive a produselor alimentare se clasific n du grupe: macronutrimei i micronutrimei (fig.2). Moleculele a nutrimenilor conin c40 de elemente chimice. (C, H, O, N, P, Na, K, S, Mg, Fe, Cl etc.).5


7/132

Majoritatea nutrimenilor a produselor alimentare snt compui organici: glucide, proteine, substane azotate, lipide, acizi organici, pigmeni, substane fenolice, enzime,vitamine i altele. De asemenea alimentele conin nutrimeni de origine mineral. Macrnutrimeni snt substane organice: glucide, proteine lipide. Coninutul lor n alimentste n cantiti mari - g/kg. Ele snt substane chimice de baz ale alimentelor care aactivitatea vital a organismului. Macronutrimenii prezint baza raionului zilnic a oului. Se consum ele n cantiti relativ mari de la un gram pn la sute de grame pe zcronutrimeni snt compui chimici de origine organic i anorganic. Micronutrimeniloarin: vitamine, aminoacizi, amide, alcoloizi, glicozizi, enzime, substane minerale, microelemente i altele. Micronutrimenii snt substane chimice de baz a alimenteloEle se conin n alimente n cantiti relativ mici n mg/kg sau g/kg. O mare parte di

anifest capaciti sporite de activitate biologic asupra diferitelor organe ale organsmul omului. De asemenea n grupa micronutrimenilor se includ unii compui chimici care se conin n moleculele macronutrimenilor. Din acest numr de compui cele mai imponte sunt aminoacizii eseniali n compoziia proteinelor, acizii grai nesaturai, fosfpidele n compoziia lipidelor, unele oligozaharide n moleculele poliglucidelor. Substanele anorganice, s-au minerale, se conin n compoziii chimice a produselor alimentre sub form de cationi a srurilor minerale, combinaii complexe cu diferite substaneorganice. Ele se numesc macro- i microelemente in funcie de concentraia lor n alimete. Elementele care se conin n cantiti relativ mari, n miligrame, snt macroelemenicroelementele se conin n micrograme. - macroelemente: - microelemente: kg/kg Na, K, Ca, P, Mg, Cl, S ; mg/kg Mn, I, Cr, Co, F, Zn, Fe, Cu, Se, Mo;

6


8/132

Intr-o grup special de micronutrimeni se includ compui chimici care manifest activtea biologic sporit cu proprieti curative: polifenoli, bioflavanoizi, alcaloizi, glcozizi, acizi organici, uleiuri eterice i altele. Aceast grup de micronutrimeni estcunoscut sub denumirea de substane parafarmaceutice, reieind din faptul c ele se flosesc pentru obinerea preparatelor farmaceutice. Prin urmare se poate de constatat c un criteriu principal a compoziiei chimice a produselor alimentare este coninutul n macro- i micronutrimeni, coninutul n substane biologic active.

OMUL

Alimente de origine animal

Alimente combinate

Alimente de origine vegetal

Prelucrarea tehnologicPrepatate pentru tratarea

plantelor,preparate veterinare

Animale, psri, peste

Materii prime

vegetale

APA

Te h n o l o g i i agricole

SOL

ngrsminte

Fig. 1 Cile principale de acumulare a substanelor accidentale n materii prime i n dusele alimentare

7


9/132

Produse alimentare

Macronutrimenti

Micronutrimenti

Substante secundare

proteine, glucide, lipide,

apa

Vitamine, provitamine substante minerale , microelemente , aminoacizi esentiali,acizii grasi

Fibrele alimentare , aditivii alimentari , substante strine,

substante toxice

nesaturati

substante parafarmaceutice polifenoli,bioflavanoizi, alcoloiziglicozizi, acizi organici, peptide, uleiuri eterice si altele

Fig. 2 Clasificarea compuilor chimici principali a produselor alimentare 1.2 Substanele secundare a produselor alimentare Produsele alimentare conin un numr extremde mare de compui chimici care nu aparin substanelor nutritive. Cele mai rspndite stane secundare n alimente snt fibrele alimentare, substanele strine, aditivii alitari, substanele toxice. Compuii organici de origine natural celuloza, lignina, substane pectine, gume vegetale este o grup de polizaharide nedigestive care se numesc fibre alimentare.

8


10/132

Compuii chimici a produselor alimentare care manifest proprieti deosebite de macro-micronutrimeni pot fi numite substane secundare Aditivii alimentari snt compui chiici naturali i sintetici care se administrez n alimente 2n cantiti strict reglemede legetile n vigoare i se caracterizeaz prin proprietile sale funcionale. De un numr de aditivi alimentari se utilizeaz pentru ameliorarea aspectului, aromei,gustului, texturei alimentelor. Prevenirea proceselor de alterare i stabilizareaalimentelor poate fi realizat cu ajutorul antioxidanilor, conservanilor chimici. Substanele strine (accidentale) snt compui chimici organici i anorganici care pot pe n alimente prin ocazie. Pentru produsele alimentare coninutul substanelor strine ste reglementat n cantiti extrem de mici. Poluarea materiei prime i a alimentelor csubstan chimic accidental depinde de starea mediului ambiant. Poluarea este posibi

din sol, ap, aer. In fluxul tehnologic de producie este posibil poluarea prin contactarea semifabricatelor, produselor cu utilaj tehnologic, ambalaje. Din totalitatea substanelor secundare fac parte i substane strine toxice, care au denumirea - xnobiotici. Xenobiotici sunt compuii chimici n componena produselor alimentare caredup natura i proveniena lor manifest proprieti nocive. Dup provenien substanedivizate n trei grupe: - substane toxice accidentale din mediu ambiant (contaminani), - compui chimici nativi a alimentelor cu proprieti nocive, - compui chimici carese introduc n alimente n scop tehnologic (aditivi alimentari, asisteni tehnologici).9


11/132

In grupa contaminanilor se includ elemente cu proprieti nocive (metalele grele: Hg,Pb, Cd, Al, As, Cu, Zn, Sn ); radionuclizii (izotopii 90St, 137Cs , 144Co), pesticide, nitraii i nitriii, nitrozamine, herbicide, fitogormoni, antibiotici, hidrocarburi policiclice aromate. Alimentele pot fi poluate cu substane toxice de origine microbial: micotoxine, aflotoxine. In compoziia chimic a unor produse alimentarepot fi prezeni compui chimici naturali care nu manifest proprieti toxice, ns elpacitatea de a reduce sau bloca metabolismul i asimilarea nutrimenilor de ctre organismul uman. Din aceste substane antialimentare fac parte inhibitorii enzimelor digestive; glicozizi (amigdalina, limarina); amine biogene (serotonina, histamina, tiramina); alcaloizi (morfina, cofeina, teobromina), ciclopeptide ( -amonitinan ciuperci), alcool etilic. 1.3. Valoarea nutritiv a produselor alimentare Princi

piile tiinifice de apreciere a valorii nutritive a produselor alimentare se bazeazpe concepia alimentaiei echilibrate. n conformitate cu acest concept urmeaz, c acttatea vital a organismului uman n regim optimal trebuie s fie asigurat cu macro- i icronutrimeni: substane plastice, vitamine, macroi microelemente. Aprecierea alimentelor n conformitate cu principiile concepiei alimentaiei echilibrate se fac cu ajutorul unor criterii. Primul criteriu caracterizeaz valoarea nutritiv a alimentelor. Valoarea nutritiv reprezint calitatea unui produs alimentar de a satisface necesitile nutritive ale organismului uman Valoarea nutritiv a alimentului este cu att mi mare cu ct asigur ntr-o masur mai mare necesar de substane nutritive, sau cu cziia chimic corespunde unei alimentaii echilibrate.10


12/132

Se consider, c alimentaia echilibrat ideal se realizeaz cnd consumul de nutrimenunde adecvat (va fi egal) utilizrii lor de organismul uman. Valoarea nutritiv a alimentelor se evideniaz prin coninutul n proteine, glucide, lipide, vitamine, macro-microelementele sub aspect cantitativ i calitativ, inclusiv substanele chimice care se formeaz din diferite substane nutritive (tabelul 1). Tabelul 1. Necesitile meie de macro- i micronutrimeni de un om matur n conformitate cu concepia alimentaiechilibrateDenumirea substanelor chimice Necesitatea pe zi Denumirea Substanelor chimice Necesitatea pe zi

Apa (g)

1700- 2200

Substane minerale (mg):

Proteinele (g),iclusiv: Proteinele animaliere

80-100 50

Ca P Na K Cl Mg

800-1000 1000-1500 4000-6000 2500-5000 5000-7000 300-500 15 10-15 5-10 0,2-0,25

Aminoacizii eseniali (g)Microelemente (mg):

Triptofanul Lecitina Izoleucin Valina

1,0 4-6 3-4 3-4

Fe Zn Mn Cr

11


13/132

Aminoacizii eseniali (g)

Continuare tebel 1 Microelemente (mg):

Treonin Lizina Metionina Fenilalanina

2-3 3-5 2-4 2-4

Cu Co Se F I

2,0 0,1-0,2 0,5 0,5-1,0 0,1-0,2 Vitamine (mg):

Glucidele (g), inclusiv: Amidon Mono- i dizaharide Acizi organici (g) (citric, lactic 2etc.) Fibrele alimentare(g) (celuloza, pectina ) Lipidele (g), inclusiv Acizii grai nesaturai Lipidele vegetale Colesterol Fosfolipide

400-500 400-450 50-100 2,0

Acid ascorbic,(C) Tiamina,(B1) Riboflavina,(B2) Nicotina,(PP)

50-70 1,5-2 2,0-2,5 15-25 5-10 25 0,2-0,4 0,5-2,5 18-15 0,10

25

Acid pantotenic,(B3) Rutina,(P)80-100 3-6 20-25 0,3 0,6 5,0

Folotina,(B9) Retinol,(A) Tocoferol, (E) Califerol,(D) Biotina,(H)

12


14/132

Un indice important a alimentelor reprezint calitatea nutriional i valoarea nutritia proteinelor. Se apreciaz echilibrul aminoacizilor din structura proteinelor, coninutul de aminoacizi eseniali n macromolecule, asimilarea lor de ctre organizmul uan.

Al doilea criteriu caracterizeaz valoarea energetic a alimentelor. Valoarea energetic constituie o parte integrat a valorii nutritive i reprezint un indice care caraterizeaz cantitate de energie format n urma oxidrii biologice a alimentului n orgamul uman. Energia format n urma proceselor biochimice de oxidare biologic a alimentelor se folosete pentru acoperirea funciilor fiziologice ale organismului. Cele mai importante substane chimice cu un potenial energic majorat snt lipidele, proteine

le i glucidele. n urma oxidrii biologice energiea se elibereaz i din alte substanive ale alimentelor: din acizi organici, glicerin, alcool etilic. Cantitatea de energie se determin prin calcul, nmulind masa substanei respective al alimentului cucoeficientul caloric i se exprim n Kcal sau Kj (tabelul 2). Dup valoarea energeticele surse bibliografice prezint divizarea produselor alimentare n patru grupe : 1-alimente cu valoarea energetic foarte nalt. . . .400 900 Kkal/100g 2- alimente cuvaloarea energetic nalt. ... . . . . . . 250 - 400 Kkal/100g 3- alimente cu valoarea energetic medie . . . . . . . . 100 - 250 Kkal/100g 4- alimente cu valoarea energetic inferioar . . . pn la 100 Kkal/100g

13


15/132

Tabelul 2. Valoare energetic i coeficientul caloric a unor substane chimice Denumirea substanei Cantitatea de energie, Kcal/g 5,65 9,35 3,75 7,07 3,49 2,39 3,62 2,47 4,31 Coeficientul caloric Kcal/g 4,00 9,00 3,75 7,00 3,49 2,39 3,62 2,47 4,31Kj/g 16,9 37,7 15,7 29,3 14,6 10,0 15,1 10,3 18,0

Proteine Lipide Glucide Alcool etilic Acid acetic Acid malic Acid lactic Acid citric Glicerin

Not: coeficienii calorici arat valoarea energiei eliberate prin oxidarea biologic a1,0g. de substan. (1 Kcal = 4,184 Kj).

De exemplu, din prima grupa (1) fac parte urmtoarele alimente: ciocolate, grsimi,halva, unt etc. Din grupa (4) fructe, legume, produse lactate, pete, vin sec etcIn prezent se recomand necesarul zilnic de calorii n limitele 2200 - 3000 n funcie e sex, vrst a omului, modul de activitate i altele. In ultimii ani a fost elaborat nou concepie despre alimente i alimentaie. Concepia nou a fost numit alimentaat (se folosete nc termenul alimentaia adecvat).

14


16/132

Scopul general al concepiei const n ameliorarea calitii vieii omului prin alimentalimente noi, optimizate n coninutul substanelor biologic activi. Destinaia acestoproduse alimentare este orientat la protejarea activitii normale a diferitelor funcii organismului uman, prevenirea riscului de dereglri fiziologice, sporirea rezistenei organismului n activitatea fizic i intelectual. Pe baza rezultatelor cercetau fost elaborate principiile tiinific argumentate de standardizare a produselornoi. Prin urmare a fost apreciat o categorie nou de produse alimentare sub denumirea - produse alimentare funcionale. Alimentele, suplimentele cu un coninut determinat de micronutrimeni biologic activi, care influeneaz pozitiv sntatea omului, supentar la valoarea lor nutritiv, pot fi numite alimente funcionale. Trecerea de laconcepia alimentaiei echilibrate la concepia alimentaiei optimizate este un pas pro

resiv n direcia protejrii sntii consumatorilor prin elaborarea i iniierea fabrgame de alimente noi cu proprieti funcionale. Actualmente, n conformitate cu criteiile concepiei alimentaiei optimizate, produsele alimentare se repartizeaz n cinci ategorii n funcie de valoarea nutritiv, i n special de coninutul in micronutrimensubstane biologic active (substane parafarmaceutice): Alimente tradiionale i alimene noi de consum curent; Alimente fortificate cu macro- i micronutrimeni; Alimentefuncionale; Suplimente alimentare funcionale; Alimente dietetice cu proprieti curatve.

15


17/132

1.4. Noiuni generale despre proprietile senzoriale a alimentelor Pentru om, actul de consum reprezint mai mult dect un simplu mecanism de alimentare. Satisfacerea pecare o confer consumarea produsului, respectiv calitii senzoriale, se exprim ca reul prin caracteristici de bun sau ru. Un aliment va avea o valoare alimentar cu ridicat cu ct el va rspunde mai bine cerinelor consumtorului. Criteriile principale alegere a alimentelor pe parcursul dezvoltrii societii umane au fost senzaiile psho-fiziologice. Alimentele care au manifestat senzaii plcute au fost reinute n consm, n timp ce alimentele care au provocat senzaii neplcute sau tulburri digestive, afost respinse. Ca urmare, selectarea alimentelor sa fcut n primul rnd dup criteriisenzoriale. Chiar i n prezent cnd se cunoate importana valorii nutritive a alimentr, proprietile senzoriale snt prefereniale n aprecierea alimentelor de consumator

cepia senzorial a alimentelor de ctre consumator este determinat de gust, culoare, rom i altele. Proprietile senzoriale a alimentelor se mpart n cinci grupe: senzaative senzaii olfactice senzaii optice senzaii tactile senzaii acustice (gust), (mios), (aspect), (palpare), (sunet).

16


18/132

1.5. Senzaiile gustative Organele gustului la om snt receptori, localizai pe limb, alatin, faringe. Pe suprafaa limbii se afl un numr mare de papile gustative n care t localizai aa-numiii bulbi, structuri celulare. Diferite senzaii gustative apar nma contactrii i aciunii ntre compuii chimici a alimentului i anumii bulbi a limbpatru noiuni alimentare de baz a gustului: dulce, acru, srat i amar. Celelalte senzi gustative sunt combinaii a celor patru gusturi de baz. Ca regul majoritatea alimentelor manifest diferite aspecte de senzaii gustative. De exemplu, gustul metalic calin n alimente se consider ca gusturi secundare, care pot fi provocate de concentraii slabe ale metalelor grele, metalelor alcaline. Una din cele mai importante probleme este aprecierea senzaiilor gustative a compuilor n funcie de structura lor himic. Corelaia dintre structura i gustul substanelor chimice este extrem de compli

at. Din acest punct de vedere au fost identificate trei grupe de substane n funcie e structura chimic care manifest urmtoarele proprieti senzoriale: substanele cu sura chimic asemntoare i cu gust identic; substanele cu structura chimic diferit t identic; substanele cu structura chimic asemntoare i cu gust diferit. 1.5.1. Subnele alimentelor cu gust dulce Un numr de substane chimice cu gust dulce i cu strucur chimic asemntoare snt reprezentanii glucidelor n special a mono- i dizaharidza, xiloza, arabinoza, glucoza, fructoza, galactoza, zaharoza, maltoza, lactoza.Gustul dulce a unor monozaharide depinde de structura lor sterioizomeric. De exemplu, gustul monozaharidei manoz este n17


19/132

funcie de structura sterioizomeric a moleculei: -D-m noz manifest gust dulce, -D-oz gust amar. Diferena ntre aceste dou structuri izomerice const n poziia grupoxile n poziia 1 al atomului de carbon.CH2OH H OH OH H CH2OH

OOH

OOH H H OH OH H OH H

H OHH

-D-m noz , -D-m no2z , gust amar gust dulce In afar de mono- i dizaharide gustul dlce ce manifest i unii aminoacizi i unele peptide. Avnd structura chimic asemntostul dulce a aminoacizilor depinde de sterioizomeria moleculelor (tab. 3). Din datele prezentate n tabelul 3 rezult, c gustul dulce manifest de unii aminoacizi subform de D-izomeri i L-izomeri. Se poate de constatat c nu este o regul de apreciera gustului dulce a aminoacizilor n funcie de sterioizomeria moleculelor. Este important de menionat c aminoacizii D-izomeri nu se asimileaz de organismul uman. n afr de mono- i dizaharide, de unii aminoacizi, gustul dulce manifest unele substane cstructura chimic diferit. De exemplu gustul dulce l manifest: glicerina, glicocolu

, rezorcina, taumatina i monelina (proteine de origine vegetal), unele peptide Deasemenea un numr de substane chimice sintetice au gust dulce. Din aceast grup de edlcorani sintetici iau parte: zaharina, cilamaii, aspartam i altele. Toi compuii cust dulce manifest un anumit grad de gust dulce ( -D- glucoza- 74; -D-manoza -32;aspartam 180; etc) . In calitate de indice a gradului de gust dulce se folosete zaharoza etalonul gustului dulce a zaharozei se apreciaz cu coeficientul 100).18


20/132

Tabelul 3. Gustul unor aminoacizi Seria L-izomeri Dulce Fr gust Dulce Fr gust Fr Amar Seria D-izomeri Dulce Dulce pronunat Dulce Dulce Dulce Dulce cu aspect de amar -//Foarte dulce Dulce Dulce Dulce Foarte dulce

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Denumirea aminoacizilor Alanina Asparagina Glicina Histidina Metionina Fenilalanina

7. 8. 9. 10. 11. 12.

Prolina Serina Treonina Triptofanul Tirozina ValinaDulce Dulce Pentru unii amar, pentru alii dulce Fr gust Amar Dulce cu aspect de amar

19


21/132

1.5.2. Substane cu gust acru Gustul acru n medii alimentare depinde de concentraiaionilor de hidrogen care se formeaz n urma disociaiei acizilor i srurilor organicectivitatea ionilor de hidrogen, sau aciditatea activ, se apreciaz prin valoarea pH. Totui nu exist o corelaie direct ntre intensitatea senzaiei de acru i concentrlor de hidrogen - de valoarea pH. n general cu reducerea pH-lui de la 7,0 (gust neutru) la valori inferioare apare gust acru pronunat. Alimentele conin diferii acizi organici: citric, malic, lactic, acetic, fumaric, tartric, oxalic i multe altele. Practic majoritatea acizilor organici snt acizi slabi. Constantele de disociaien medii apoase snt relativ mici (K1 = 1,04 x10-3 pentru acid tartric; K1 =6,5 x10-5 pentru acid adepinic, etc). Concentraia sumar a acizilor organici n alimente determin gradul gustului acru i depinde de proprietile fizico-chimice a acizilor, valo

rea constantelor de disociaie a lor. n concentraii identice intensitatea gustului acru a unor acizi organici se poate de prezentat prin urmtoarea serie: Acid tartric acid fumaric> acid citric acetic> acid lactic acid malic> acid

Senzaiile gustului acru snt influenate de natura anionilor a moleculelor acizilor.In funcie de natura lor apar senzaii specifice gustative. De exemplu, anionii acidului citric manifest gust acru cu senzaii slabe de gust dulce, ali acizi pot provoca senzaii gustative de acru i amar. Srurile de amoniu provoac senzaii de acru i sintr-o gam larg de acizi organici i anorganici pentru acidularea alimentelor i formrea gustului acru cu aspecte specifice, se folosesc acizii: acetic, citric, lactic, mallic, tartric, fumaric, succinic, ortofosfori, clorhidric.

20


22/132

1.5.3. Substane cu gust srat Gustul srat pur manifest numai clorur de sodiu, NaCl rea de mas). n soluii cu o concentraie mic NaCl are o nuan de gust suplimentar dPragul senzaiei gustative srate este concentraia NaCl de 0,05%. Srurile minerale cre conin acelai anion de Cl au gust diferit: bromura de sodiu - uor amrui srat, ioa de sodiu srat - amar. Proprieti senzoriale de amar manifest i srurile KCl, KJ1.5.4. Substane cu gust amar Gustul amar manifest o substan cu diferit structur cEste un numr mare de substane organice i minerale cu acest gust. Din compuii organci majoritatea lor snt glicozide i alcaloizi. De exemplu din glicozide care nu conin atomi de azot n strucrura lor chimic gust amar manifest strichnina. Gustul amar ahesperidinei care se conine n fructe citrice, n ardei este o flafonoid. Din alcazi (substane organice heterociclice cu atomi de azot n structura chimic) cu gust am

ar snt larg rspndite in natur lupinina, lupulone. Aceste substane se conin n frunuri de hamei care formeaz gust amar la bere. n pelin se conine artemizina cu gustamar pronunat. De asemenea au gust amar cofeina, chinina, morfina, cocaina, srurile acizilor organici malai, oxalai, citrai. Diferite substane cu gust amar se formeaurma procesului de oxidare a uleiurilor, grsimilor. Srurile cu masa molecular maresnt ca regul amare ca i esterii acizilor aromatici. Senzaiile gustative sunt identce a tuturor substanelor cu gust amare. Ele se deosebesc dup intensitatea amarului, ns calitatea gustului este identic. Se consider, c cea mai amar substan chimizoatul de sodiu. Diferite senzaii gustative snt n funcie de cele patru gusturi de bz. Pentru a explica formarea gusturilor complexe a fost21


23/132

elaborat de savantul Henning aa numit prisma gustativ, reprezentat sub forma unei geometrice (fig. 3). Cele patru unghiuri a prismei indic gusturile de baz. Laturile figurii corespund senzaiilor gustative combinate: acru-dulce, amar-srat, amar-dulce etc. Senzaiile care cuprind trei gusturi de baz gustative, corespund feelor respective a prismei amar dulce srat, acru dulce - srat, etc.Dulce

AcruAmar

Srat

2

Fig. 3 Prisma gustativ a lui Henning. Prisma gustativ a lui Henning nu cuprinde toate senzaiile gustative care pot fi posibile prin combinaia celor patru gusturi debaz. Aceast figur geometric arat numai varietatea de senzaii gustative n sistemdonatelor prezentate. Procesul de armonizare a gustului prezint una din principalele preocupri ale tehnologiei i chimiei alimentare. Este necesar de subliniat c senzaiile gustative snt determinate de mai muli factori: concentraia substanelor gustve, gradul de disociaie al compuilor i altele. Sensibilitatea gustativ se modific ncie de lumin. La ntuneric sensibilitatea se micoreaz, la lumin crete. Cel mait factor fizic care influeneaz asupra intensitii senzaiilor gustative este temperaa. Sensibilitatea gustului dulce se mrete cu creterea temperaturii i atinge nivelul

maxim la 37 oC. Pentru gustul acru temperatura optim este de 1822


24/132

o

C, pentru amar circa 10 oC. La temperatura 0 oC toate senzaiile gustative scad sau practic dispar. Trebuie de avut n vedere c sensibilitatea gustului este o caracteristic subiectiv i depinde de particularitile fiziologice a consumatorului. 1.6. zaiile olfactive Organul olfactiv al omului se afl n partea superioar a nasului. Cl olfactiv este limitat de circa 2,0 cm2 i include receptorii senzaiilor olfactive. Sensibilitatea olfactiv depinde de vrst, de sex i de diferite stri fiziologice aorganizmului. Mirosul este o senzaie integral a alimentelor determinat de numeroi cmpui organici prezeni n materia prim n ansamblu i compuii formai n urma tratamnologic. Mirosul unei substane depinde de mai muli factori: natura compuilor chimic

i, legturile ntre atomi, caracterul legturilor, poziia gruprilor funcionale n moDeterminarea mirosului n funcie de structura odorantelor este destul de complicatdin cauza variabilitii compuilor dup structura lor i miros. Snt compui cu structmic identic i miros asemntor. De exemplu din grupa monoterpenelor biciclice se poade prezentat borneolul i camfora:CH3 CH2CH3-C-CH3

CH2 H OH CH3

CH2CH3-C-CH3

CH2CH2

CH2 CH3

O

Borneol. Miros de camfor;

Camfora. Miros de camfor.

Compuii cu structura chimic asemntoare i miros diferit manifest unii esteri a aci

carboxilici, de exemplu:23


25/132

CH3-COO-(CH2)4-CH3 CH3-(CH2)3-COO-(CH2)4CH3 CH3-(CH2)3-COO-CH2-CH3

Acetat de amil, cu miros de prune Valerianat de amil, cu miros de mere Butirat de etil, cu miros de rom

Sunt compui cu structura chimic diferit i miros asemntor. De exemplu citrolul i a -fenilvalerianic au miros de lmie, ns structura lor chimic este complet diferit

CH CH COH

CH3-CH-CH2-CH2-COH

CH3 CH2

- citrol

Aldehida fenilvalerianic

De asemenea snt compui cu structura chimic diferit i miros asemntor. De exemplu,asa terpenilor -carvocrolul i timolul. Cu structur chimic i miros diferit snt uniiomeri de vanilina, izovanilina i altele. Clasificarea senzaiilor olfactive reprezint o problem care pn n prezent nu i-a gsit o rezolvare corespunztoare din cauzanor senzaii standardizate. Fiecare substan manifest numai un singur miros simplu cuparticularitatea sa individual. Din aceste motive standardizarea mirosurilor este

complicat.24


26/132

Teoria stereochimic a olfaciei, elaborat de Amoore I.E., ncearc s explice corelastructura chimic i senzaia de miros a unor compui . Senzaiile de miros au fost claicate n apte mirosuri primare: camfor, mors, trandafir, ment, eter, picant i putred(tab. 4). Pentru fiecare miros primar a fost apreciat un numr de compui chimici. Aceste mirosuri primare nu includ multe mirosuri complexe care le cunoate omul. Ele se folosesc pentru a caracteriza mirosuri simple, uor sesizabile i identificate nmostre de etalon, utilizate pentru verificri comparativ a mirosurilor. n tabelul 4snt prezentate unele substane odorante cu diferit structur chimic care iau parte cele apte mirosuri primare. Mirosul alimentelor este influenat de mai muli factori: compoziia chimic a materiei prime, coninutul substanelor care formeaz mirosul, picularitile tratamentului tehnologic, parametrii procesului (durata tratrii, temper

atura, etc.), coninutul i activitatea enzimelor, reaciile chimice n alimente. Un rodeosebit aparine unor substane cheie care formeaz tonalitatea mirosului specific limentelor. De exemplu: n lmi citrol; n zmeur p-hidroxifenil-3-butanon; in ustalil sulfid. In general mirosul alimentelor este o senzaie complex, care se formeaz de un numr foarte mare de diferii compui chimici. (tab.5). Pentru aprecierea senzilor de gust i miros se folosete termenul - aroma alimentelor: Aroma este un complex de senzaii compuse din miros i gust. Alimentele prin masticaii n cavitatea bucalanifest senzaii care determin aroma.

25


27/132

Tabelul 4.Unele substane chimice odorante a mirosurilor primare pe care omul le deosebete prin senzaii olfactive Mirosul de camfor: Miros de mors: D-camfora Ciclohexadecan Borneol Pentadecanlacton Acid tret-butilic Androstanol -3 Alcool pentametiletilic Miros de trandafir: Miros de ment: Geraniol Ciclohexan - i - ionon Mentlcool feniletilic Tret-butilcarbinol Benzilacetat Miros picant: Miros de eter: Acetilen Acid acetic Cloroform Formaldehid Dicloretilen Metilizotiocianid Alcool propilic Acid formic Miros putred: 2Amilmercaptan Cavaderina Indol (n soluii concentrate) Scatol Prin urmare, aroma apare ca rezultatul de interferene a senzaiilor gustative i olfactive, precum i de alte senzaii cutante: cald, rece, rcoritor, durero, plcut etc. Uneori, pentru aprecierea aromei unui produs intervin i alte caracteristici cum ar fi textura, consistena sau culoarea. De acea aroma nu trebuie consi

derat ca o senzaie sincronizat numai a gustului i mirosului. Aroma este o senzaie mat n cavitatea bucal de oricare substane care stimuleaz simurile de gust i miroa este o senzaie deosebit de complex. Cu ajutorul unor metode fizico-chimice aromanu poate fi determinat ca atare. De26


28/132

acea examinarea aromei se face prin analiza senzorial - prin degustri. Degusttori cu practica bogat, care posed o sensibilitate senzorial deosebit, descriu cu anumitecizie aroma produsului alimentar. 1.7. Senzaiile optice Aspectul alimentelor, sau culoarea, reprezint o caracteristic foarte improtant din punct de vedere nutritiv, tehnologic, comercial, i joac un rol deosebit n aprecierea calitii. Tabelul 5. Nl de compui chimici care formeaz mirosul unor produse alimentareAlcooli i fenoli Acizi i lactone Numrul total Hidrocarburi Ali compui chimici 3 3 8 10 11 55

Produsele alimentare

de compuicarbonici

Compui

Cpune Fructe citrice Tomate Cafea (boabe) Coniac Berea Pinea Carne pasre

256 157 113 370 128 183 174 189

36 49 15 56 8 21 47

47 31 51 136 12 20 70 54

40 35 26 56 27 44 23 23

36 10 10 21 13 30 32 7

27

Eteri 94 29 6 33 76 61 17 3


29/132

Noiunea de culoare este proprietatea a unui cmp vizual care se refer la dou fenomen: - senzaie subiectiv de culoare; - i posibilitatea unui obiect (aliment) de a preacolorat. Ochiul omului este sensibil numai la un domeniu foarte restrns a spectrului de 400...800 nm. cu maximum la 589nm. Un aliment apare colorat, dac unele radiaii din domeniu vizual sunt absorbite, iar altele se reflect. Culoarea care se obine este cea complementara radiaiilor absorbite, adic radiaiilor care se reflect. Lugimea de und la care absorbia este maxim se caracterizeaz prin maximum. Deplasareaximului de absorbie spre rou tinde spre nchiderea culorii. Deplasarea spre albastru este orientat la o und mai mic i conduce la o culoare deschis. Absorbia selectiminii depinde n primul rnd de structura chimic a substanelor din compoziia alimentr Dependena culorii de structura chimic a compuilor chimici a fost evideniat de ma

ult timp. Culoarea compuilor chimici organici este rezultatul prezenei n moleculelelor a unor grupe cromofore (purttori de culoare). Gruprile chimice ale moleculelor care absorb selectiv radiaie se numesc grupe cromofore. Principalele grupri cromofore: NO - (nitrozo), NO2 - (nitro); - N = N - (azo); CO -(carbonil); in special gruprile cu legturi duble : C = C ; =CO; ;.O= N = O; - N =O. Prezena n molecul au sau mai multe legturi duble conjugate (cromofori conjugai) d natere la o culoareonunat. De exemplu, legturile duble conjugate a moleculelor de -caroten sunt responsabili de culoarea portocalie, moleculele de licopin culoarea rou-portocaliu. Pigmenii principali de origine vegetal antocianii, carotenii, clorofila sunt purttori agruprilor cromofore, care snt responsabili de o gam larg de diferite culori a alimntelor.28


30/132

Dac toat energia radiant din spectru vizibil se reflect de pe suprafaa alimentuluil apare alb .In cazul cnd energia radiant este total absorbit, obiectul apare negru. Aceast relaie general a refleciei, fr s se refere la o anumit lungime de undit strlucire. Cnd energia radiant este absorbit la o lungime de und mai mult decatunci observatorul va vedea c produsul este colorat. Aspectul care se apreciaz calitativ cu termini de rou, verde, galben, albastru etc. este denumit tonalitate icaracterizeaz culoarea propriu-zis Lungimile de und a principalelor regiuni spectrale a culorii snt prezentate n tabelul 6. Tabelul 6 - Tonalitatea principalelor regiuni spectrale 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Tonalitatea Rou Rou-portocaliuPortocaliu Galben-portocaliu Galben Verde Verde-albastru Albastru-cianic Albastru Albastru-violet Violet Lungimea de und, nm 700 621 597 588 581 527 508 496 473

437 406Culoarea este o senzaie vizual caracterizat prin trei mrimi fizice care corespund lo calitate fiziologic a vederii.29


31/132

Echivalena fiziologic a acestor mrimi fizice, privind caracteristicile culorii, este urmtoarea: - luminana total, care d senzaii de luminozitate; lungimea de und, sde ton (culoare) ; puritatea d senzaii de saturaie a culorii.

n afar de pigmeni (antociane, caroteni, clorofila ) este un numr mare de compui chci colorai. O parte din ele se formeaz n urma tratamentului tehnologic i modific actul natural a produselor. O alt parte snt colorani sintetici de origine organic sianorganic. Protejarea culorii naturale a produselor alimentare prezint o problem important. n tehnologia alimentar, n prezent, se folosesc diferite metode. Utilizareacoloranilor sintetici, aprobai de centrele tiinifice, este una din cele mai efectivmetode de obinere a alimentelor de diferit culoare. 1.8. Senzaiile tactile Proprie

tile senzoriale determinate cu ajutorul sensibilitii tactile sunt numite textura insistena produselor alimentare. Textura i consistena sunt cunoscute i ca proprietlogice. Senzaiile tactile se manifest n procesul de degustri i prin senzaii sesiz pipit. Textura este caracteristica tactil a produsului care apreciaz rezistena aentului la aciunea unor fore exterioare (tiere, presiune, ruperea). Consistena esteo caracteristic tactil a produsului care apreciaz rezistena la curgere (viscozitate, deformaii reologice) Indicii proprietilor tactile pot fi sistematizate n trei grue: caracteristici mecanice, caracteristici geometrice i caracteristici fizico-chimice (tabelul 7).30


32/132

Tabelul 7.Clasificarea senzaiilor tactileNr. Proprietile tactile principale Denumire uzual

1

Caracteristici mecanice: Fermetate Coezivitate Viscozitate Adezivitate

Moale,ferm,tare. Frajil, sfrmicios, crocant. Subire, gros, vscoz. Elastic, plastic.Lipicios, cleios. Pulbere, grunos, griat, grosier. Fibros, coagulat, pulpos, celular. Uscat, umed, apos, umezid. Uleios, unsuros.

2Caracteristici geometrice: Mrimea i forma particulelorAspectul i orientarea particuleor

3

Caracteristici fizicochimice: Coninutul de umiditate Coninutul de grsime

Noiunea de textur este apreciat ca o interaciune ntre simurile omului i proprietice a produselor alimentare. Fiecare produs are o anumit textur care i determin comortarea i rezistena la tiere, rupere, compresiune. n funcie de textur la fora desiune i rupere se opune elastecitatea, fibrozitatea . Consistena depinde de rezist

ena la curgere. Sub acest aspect sunt grupate diferite fluide: fluide newtoniene,fluide nenewtoniene, materialele pseudoplastice, materiale plastice i materialedilatabile n analiza senzorial a produselor alimentare se folosesc trei caracteristici de sensibilitate cutanat: sensibilitatea tactil, sensibilitatea termic i sensiilitatea dureroas.31


33/132

Sensibilitatea tactil este localizat pe suprafaa limbii, pe buze, vrful degetelor. enzaia tactil se manifest n deosebit prin pipit i prin masticaie. ntre simul tde durere exist o strns legtur. De exemplu, alimentele foarte calde sau foarte recrovoac dureri. Senzaia tactil primit prin pipit, cu ajutorul limbii, buzelor, cerugurii ofer informaia asupra consistenei, texturii, fluiditii sau viscozitii proalimentare. Sensibilitatea termic este o reacie a pielei la temperaturi nalte sausczute a unor alimente. Receptorii sunt situai n special n cavitatea bucal. Gradulsensibilitate la cald sau la rece difer de la o zon la alta. Buzele sunt deosebitde termosensibele. Temperatura este important pentru produsele care se consum n stare cald sau rece: cafea, ceai, ngheat, buturi rcoritoare etc. Textura i consistuselor se examineaz cu ajutorul metodelor instrumentale precum i prin metode organ

oleptice. 1.9. Senzaii acustice n unele cazuri produsele alimentare se caracterizeaz prin senzaii acustice - prin sunet. De exemplu, senzaii acustice apar n procesulde prjire a crnii, petelui, legumelor etc. La temperaturi ridicate apa din produsese evaporeaz cu vitez accelerat. Transformarea apei din starea lichid n vapori se rece cu efect acustic sunet. De asemenea efectele acustice apar in cavitatea bucal prin masticaie alimentelor crocani (biscuii, pesmei, mere, castravei conservafermentarea lactat i altele). Sunetele care nsoesc curgerea buturilor rcoritoare se, prjirea crnii, petelui i legumelor creeaz senzaii plcute. n concluzie se ponionat c calitatea senzorial a unui produs alimentar reprezint o noiune complex cnclude componentele gustative, vizuale, olfactive, tactile i n unele cazuri i sonore. Lipsa unei caracteristici din cele numite poate aduce la unele concluzii greite n aprecierea calitii senzoriale a alimentelor.32


34/132

Toate aceste senzaii n ansamblu, prezint o caracteristic specific a alimentelor nu. limba englez FLAVOR. Un numr de indici a calitilor senzoriale a produselor alime ca regul pot fi msurate i determinate cu ajutorul unor metode fizice, fizico-chimice, chimice i interpretate prin analiza statistic a datelor obinuite. n acelai ticalitile senzoriale ale produselor alimentare pot fi apreciate numai prin degustri pe baza metodelor de analiz senzorial. 1.10. Proprietile funcionale a compuilor ci n alimente Cum a fost apreciat precedent, alimentele prezint compoziii alimentarecomplexe formate dintr-un numr extrem de mare de compui chimici. Unul din criteriile de baz este compoziia chimic a alimentelor. Pentru produsele alimentare de o importan major este aprecierea acelor compui care determin indicii generali i specia calitii nutritive i senzoriale a alimentelor. Este evident, c oricare substan c

a alimentelor se apreciaz prin caracteristici fizico-chimice (structura chimic, masa molecular, temperatura de fierbere, solubilitatea, cldura specific, entalpia i atele). In compoziii alimentare compuii chimici snt n permanent interaciune ntre in urmare apar unele efecte chimice, fizico-chimice care dau natere proprietilor nutritive i senzoriale a alimentelor. n mod general este vorba de proprietile funcioe a compuilor chimici de care depind indicii generali i specifici a calitii alimentlor. n conformitate cu caracteristicile sale fizico-chimice, compuii chimici exercit diferite funcii n alimente. Sunt compui cu capaciti de a forma textura alimentcompui care determin valoare nutritiv, compui biologic activi, compuii care formespectul alimentelor i altele. De exemplu, proteinele, glucidele, lipidele snt substane polifuncionale. Prin diferite metode de tratament tehnologic, ele pot s se combine n variante33


35/132

extrem de numeroase de diferit structur, aspect, gust, coninut n nutrimeni, valoarenergetic. De asemenea valoarea nutritiv i calitile senzoriale, proprietile tehna materiei prime depinde de compoziia chimic i proprietile funcionale a compuilici. Proprietile funcionale a compuilor chimici se apreciaz prin caracteristici fio-chimice, care determin aciunea i activitatea lor n formarea valorii nutritive, prprietilor senzoriale i tehnologice a alimentelor. n continuare vor fi prezentate prprietile funcionale a diferitor compui chimici de baz a alimentelor, proprietileale a compuilor chimici care se utilizeaz ca aditivi alimentari. Tema 2. Apa n produsele alimentare Apa reprezint o substan de baz a produselor alimentare. Umiditateaalimentelor variaz n limitele largi de la 3,0...5,0% pn la 92...96%(Tabelul 2.1). Dtorit structurii specifice moleculele de ap posed o activitate chimic sporit. Proc

le chimice, biochimice se desfoar predominant n faza lichid a alimentelor. Prin hitare, deshidratare, interaciuni hidrofobe apa influeneaz asupta stabilitii alimentr, proprietilor fizicochimice i senzoriale. Din punct de vedere chimic apa poate ficaracterizat ca o substan activ a alimentelor. n prezent s-a acumulat un volum made date privind variabilitatea proprietilor apei n produsele alimentare. n acest scp se vor prezenta n continuare principalele proprieti fizicochimice ale apei, n speial starea i activitatea apei, dependena proceselor chimice, biochimice de activitate a apei n alimente.

34


36/132

2.1. Structura i proprietile generale ale apei Structura moleculei de ap este foartsimpl. Molecula de ap este polar cu valoarea momentului de dipol de 1,84 D. Polaritatea apei se exprim prin unghiul format ntre atomi de hidrogen cu sarcin pozitiv tom de oxigen cu sarcin negativ, centrele crora sunt asimetrice. Doi atomi de hidrogen formeaz dou legturi covalente cu atomul de oxigen prin deplasarea puternic a noului electronic spre elementul electronegativ al oxigenului. Hidrogenul rmne aproape deposedat de electroni i se ncarc pozitiv. Asimetria ntre atomii de hidrogen i gen (H-O) formeaz unghiul mediu de 1040,5 (figura. 2.1). Tabelul 2.1. Limitele coninutului n ap a unor produse alimentare Denumirea Denumirea Apa, % Apa, % produselor produsului Fina 9 14 Pete 62 82 Crupe 12 14 Legume 72 96 Pinea 37 47 Fr2 Paste finoase 13 15 Gem, magiun 26 40 Pesmei 9 10 Fructe uscate 18 25 Lapte

eurizat 89 - 92 Legume uscate 7 14 Unt de vac 16 - 25 Lapte praf 3,5-4,0 Brnzeturi39 - 55 Cai 7,0 8,5 Margarin 15 - 17 Cafea Nes 46 Carne (de bovin, Ciocolat 48 0,8 1,5 porcin) Carne de pasre 49 - 71 Vin sec 88 92 Mezeluri fierte 63 - 72 Bere88 92 Mezeluri afumate Buturi 29 - 54 88 92 rcoritoare

35


37/132

O+104,5 0

2

+

H

H

8 Fig. 2.1. Schema structurii a moleculei de ap. Datorit polaritii apa manifest foe orientare i atracie a ionilor, gruprilor funcionale, fore de atracie a moleculeroprii. Moleculele de ap snt asociate prin legturi de hidrogen care se formeaz ntrtomi de oxigen cu sarcin2a negativ i atomi de hidrogen cu sarcina pozitiv. Apa lichid prezint un sistem continuu. Fiecare 8molecul de ap este coordonat prin legturihidrogen de alte patru molecule vecine de ap i prezint o reea format din moleculerespective. Concomitent, pe lng molecule ordonate n reea mediul de apa conine i mle neasociate, libere, care snt supuse schimbrilor permanente de poziiile reciproce. (fig. 2.2).HO H

HHO

HO H

OH

H H O HO H H

H O

H

H

H

H

H O H O H H H

H H

H O

H

H

H


38/132

Fig. 2.2. Schema asocierii moleculelor de ap prin legturi de hidrogen. ----- legturi de hidrogen. Apa ngheat, n stare solid, ca regul reprezint structur cristalinexagonale. Fiecare atom de oxigen al moleculelor de ap este localizat n centrul tetraedrului (fig. 2.3). n36


39/132

vrfurile acestor figuri geometrice snt aranjai patru atomi vecini de hidrogen caresunt legate cu oxigenul central prin intermediul legturilor de hidrogen. Astfel de structur cristalin apreciaz friabilitatea i densitatea redus a gheii fa de apH H

O H O

H O

H H O H

H O HH

Fig. 2.3. Structura cristalin a apei ngheate. La temperaturi - 80. . .- 2000 C viteza de congelare este ultrarapid. Durata extrem de mic a procesului de congelare nupermite moleculelor de ap de a se agrega n cristale de ghea (congelarea n contactazot lichid, bioxid de carbon i altele).Congelarea produselor alimentare la temperaturi supersczute de -100..... -200 C aduce la formarea structurii sticloas a apei congelate (solide), care n principiu este similar cu structura apei n stare lichid (fig. 2.2) n general, se consider c apa n stare lichid cu mai multe abateri conde structurii pseudo-cristaline. Structura molecular a apei se formeaz prin legturile de hidrogen la temperaturi sczute. Datorit acestor legturi, valoarea unor const

ante fizice a apei, comparativ cu lichidele organice, snt mai ridicate (temperatura fierberii, temperatura de cristalizare, capacitatea termic, cldura specific). Legturile de hidrogen joac un rol important n procesele de interaciune a moleculelor e ap cu diferii compui chimici a alimentelor. Legturile de hidrogen care se formeazre gruprile37


40/132

polare achimicii i moleculele de ap snt numite legturi intermoleculare. De exemplu,capacitatea de formare a legturilor de hidrogen manifest urmtoarele grupri polare: idroxil (-OH); carboxil (COOH); aminogrupa (-NH2); iminogrupa (= NH) i altele. Moleculele de ap formeaz legturi de hidrogen cu anionii de Cl , Br, I, F. Compuii orgnici care conin grupri polar glucide,proteine, polifenoli,alcooli, cetone,aldehide,aminoacizi, i altele formeaz legturi de hidrogen cu moleculele de ap:H O H

R

OH

R1 R2 CO O

H H

R1 R2

NH

O

H H

Fig. 2.4. Schema formrii legturilor de hidrogen ntre moleculele de ap i gruprile droxil, carbonil, iminogrup De asemenea legturile de hidrogen pot fi formate ntre gruprile polare a moleculelor unei i aceeai substane chimice sau ntre gruprile polunei macromolecule (de exemplu legturile de hidrogen stabilizeaz structura spirulat a macromoleculelor de proteine).O HO C OH O CH3

C2H5

OH

OH C2H5

CH3C

a)R1 -NH -CO -CH2 -R R3 -CH2 -NH -CO -R2

b)

c) Fig. 2.5. Schema formrii legturilor de hidrogen: a ) hidroxil-hidroxil, b), carboxil carboxil c) ntre gruprile peptidice a macromoleculelor de proteine38


41/132

Poziia gruprilor polare n structura macromoleculelor influeneaz asupra probabilitmrii legturilor de hidrogen cu moleculele de ap. n structura macromoleculelor se con grupri polare care nu snt accesibile de moleculele de ap. De exemplu, din macromoleculele polizaharidelor un numr de grupri hidroxile nu snt accesibile de moleculede ap i nu particip la formarea legturilor de hidrogen. Stabilitatea legturilor dedrogen se apreciaz prin energia critic la descompunere.Legturile de hidrogen singulare ntre compuii chimici dizolvai sunt foarte slabe din cauza concurenei cu compuiin soluii pentru a forma legturi de hidrogen.n cazul cnd dou structuri moleculare legate ntre ele cu mai multe legturi de hidrogen energia de descompunere a lor este mult mai mare dect energia sumar a legturilor singulare. Acest fenomen de cooperare a legturilor de hidrogen se realizeaz n medii apoase intre macromoleculele de pr

oteine, polizaharide i proteine, polifenoli i proteine, alte structuri moleculare.Aciunea de cooperare a legturilor de hidrogen conduce la formarea unor structurimoleculare extrem de stabile. 2.2. Hidratarea compuilor chimici

Din coninutul total de ap n alimente numai o parte foarte mic poate fi caracterizata ap pur. Cea mai mare parte a apei totale prin interaciuni cu compuii alimentului ormeaz diverse structuri compoziionale. Un fenomen semnificativ de interaciune ntremoleculele de ap i compui chimici prezint procesul de hidratare. Hidratarea este unproces de interaciuni fizico-chimice a apei cu molecule polare sau grupri polare acompuilor chimici. Astfel hidratarea se desfoar ntre moleculele de ap i compuipolari, cationi i anioni. Mecanismul procesului de hidratare se bazeaz pe efecteelectrostatice de trei tipuri:

39


42/132

interaciunea ion-dipol; interaciunea dipol-dipol; formarea legturilor de hidrogen.Hidratarea de tip ion-dipol are loc n urma interaciunii moleculelor de H2O cu substane cristaline (electrolii), formate din cationi i anioni. De exemplu, clorura desodiu (NaCl) Fiecare ion de Na+ i Cl- formeaz n jurul lui un fel de fragmente structurate de moleculele H2O prin legturile de tip ion-dipol. Prin urmare ionii a clorurii de sodiu exist n soluii apoase n stare hidratat (fig. 2.6).H H

OH

OH H H

OH H

Na+

OOH

Cl

HH

H

O

Fig. 2.6. Modul de hidratare a cationului Na+ i anionului Cl Cationii Na+, Ca2+,Mg2+,Al3+, Ba2+ atrag dipolii de ap formnd un strat de hidratare din 4 6 moleculede ap. Majoritatea anionilor cu sarcina negativ Cl- Br-, I- , NO3- , IO-3 cu cmp electric slab, parial distrug reelele de ap structurat. Datorit diferitelor capacitodificare a apei hidratate, cationii i anionii puternic influeneaz asupra stabilit

soluiilor coloidale, structurii biopolimerilor. Interaciunea de tip dipol-dipol apare ntre moleculele de ap i gruprile polare (-COOH, -OH, NH2, =CO, -HCO3) a compuhidrofili. Orientarea i aranjamentul apei n jurul gruprilor polare este similar intraciunii de tip ion-dipol n conformitate cu sarcina gruprilor. De exemplu, alcoolulmetilic (CH 3-OH) alcoolul etilic (C2H5-OH) snt hidratate prin interaciunea H2O cu gruprile hidroxil i se dizolv bine n ap. Un numr mare de compui organici care upri polare snt supuse hidratrii prin formarea legturilor de hidrogen cu40


43/132

moleculele de H2O. Din aceti compui organici fac parte mono- i dizaharidele, polizaharidele, acizii organici, alcoolii, aldehidele, cetonele i altele. Gruprile i radicalii nepolari hidrocarbonici ( CH3; = CH2; CH) nu formeaz legturi de hidrogen i reduc solubilitatea substanelor organice. Cu creterea radicalului hidrocarbonat al moleculelor organice hidratarea i solubilitatea lor scade. De exemplu, alcoolul cetilic [CH3- (CH2)15-OH] conine radicalul alchilic nepolar destul de mare i practiceste insolubil n ap. Hidratarea gruprii de hidroxil de ctre moleculele de ap esteea slab pentru a desprinde din reea moleculele de alcool cu radicalul nepolar mare. Hidratarea compuilor chimici polari cu mas molecular mic conduc la dizolvarea lorformarea soluiilor. Cu creterea radicalului nepolar al moleculelor organice i interaciunea apei cu aceste substane este mai complicat, care va fi explicat mai depart

. Produsele alimentare, solide s-au lichide, n unele condiii snt supuse procesuluide hidratare prin sorbia apei din atmosfer n dependen de structura chimic, coninH2O, umiditatea mediului ambiant, temperatura. Mecanismul de hidratare depindede natura gruprilor polare a substanelor chimice a alalimentelor. Ca regul, sorbia pei i hidratarea alimentelor se realizeaz n condiii cnd umiditatea relativ din atr este ridicat, iar produsele alimentare snt deshidratate (zahr tos, produsele uscae, sare de mas, etc.). 2. 3. Interaciuni hidrofobe Interaciunea apei cu compui chimci formai din mai multe grupri mixte, polare i nepolare, este specific i nu poate explicat numai din punct de vedere a procesului de hidratare. Structura acestor compui i stabilitatea lor n sisteme alimentare se asigur prin echilibru ntre diversore din care interaciunea hidrofob joac un rol important. Compuii chimici formai rupri polare cu un coninut predominant de unele grupri nepolare, care practic nu sedizolv n

41


44/132

ap, se numesc substane hidrofobe. In cazul cnd substanele hidrofobe conin grupri e cu sarcini pozitive i negative nc se numesc compui amfoteri. Structura chimic a stanelor hidrofobe pot fi prezentate prin urmtoarea formul general:

Rn X

+b

unde Rn prezint radicalul nepolar al moleculei, format numai din grupri nepolare;X b gruprile polare a moleculei cu sarcin pozitiv sau negativ. De exemplu, computeri sunt aminoacizii, proteinele, lipidele, derivaii proteinelor, lipidelor etc.

Compuii amfoteri formai din mai multe grupri mixte cu sarcini pozitive i negative ot fi prezentai astfel: X (+) Rn X( ) Spre deosebire de hidratarea gruprilor polare, fenomenele de interaciuni hidrofobe se desfoar ntre gruprile nepolare a compuimici i moleculele polare de ap. Efectul principal al procesului de interaciuni hidrofobe const n respingerea gruprilor nepolare de ctre moleculele de ap. n mediul gruprile nepolare nu formeaz legturi de hidrogen cu moleculele de ap. De exemplu, ctene de hidrocarburi alifatice, aromatice sunt respinse de moleculele de ap. Prinurmare, n regiunea asociaiilor compuilor hidrofobi moleculele de ap se ordoneaz ele prin legturi de hidrogen n fel de carcas. Apare strat de ap structurat (fig.2.

42


45/132

Fragmente hidrofobe a moleculelor

moleculele de ap

Fig. 2.7. Schema structurrii moleculelor de ap n regiunea gruprilor nepolare a moleulei hidrofobe Catenele hidrofobe a moleculelor pe suprafaa soluiilor apoase se resping de moleculele de ap i se acumuleaz n stratul exterior al soluiei. Gruprile e a moleculelor hidrofobe prin interaciuni electrostatice, prin legturi de hidrogen, se rein n mediul apos (Fig. 2.8).R

OO O O OO O O

OO

X

Fig. 2.8. Schema interaciunii hidrofobe. Respingerea radicalilor nepolari (R) i reinerea gruprilor polare (X) a moleculelor bifile n soluie apoas. La o concentraie cic catenele hidrofobe n soluii apoase se apropie la o distan de atracie intermoleprin forele luiVan der Waals. n volumul soluiei moleculele hidrofobe formeaz structri specifice ordonate care se numesc micele. Formarea micelelor se efectueaz prin

incorporarea n apa catenelor nepolare a moleculelor hidrofobe n rezultatul ruperii legturilor de hidrogen a apei.

43


46/132


47/132

moleculelor hidrofobe formeaz legturi de hidrogen cu moleculele de ap prin fore de ip polar-polar. Interaciunile complexe hidrofobe i de hidratare influeneaz asupra cnfiguraiei macromoleculelor in soluii apoase. Prin hidratarea gruprilor i fragmenteor polare a macromoleculelor se asigur stabilitatea structurilor polimoleculare hidrofobe n ansamblu.Din acest punct de vedere fosfolipidele pot servi un exemplude interaciuni complexe ntre lipidele amfotere i moleculele de ap. De exemplu, leciina este o substan hidrofob format din doi resturi de acizi grai, numii coad negmentul polar de colin-fosfat al macromoleculei sub denumirea Cap polar (fig.2.10). Lecitina practic este insolubil n ap.

R1 R2

COO

CH2

cap p o l a r

COO CH CH2 O O P O CH2+ CH2 N (CH3)3

coada nepolar

Fig. 2.10. Structura chimic i schema a moleculei de lecitin. n mediul apos resturil

acizilor grai esterificai (coad nepolar) se resping de moleculele de ap i formealipid a micelei. Gruprile polare de colin-fosfat (cap polar), prin interaciuni hidrfile snt amplasate pe suprafaa micelei, asigurnd stabilitatea acestei structuri, prin formarea legturilor de hidrogen cu moleculele de ap. (Fig. 2.11). Prin urmare njurul micelei se formeaz un strat de ap structurat.

45


48/132

Fig.2.11. Seciunea transversal a micelei sferice a lecitinei. Cozilenepolare a moleculelor snt orientate n interiorul micelei Capetele polare de colin-fosfat sunt amplasate pe suprafaa micelei cu orientarea exterioar - n ap. Gradul mdiu de hidratare al gruprilor polare a lecitinei este de 0,56 g H2O/g lecitin

Fenomene de interaciuni hidrofobe manifest lipidele, acizii grai, aminoacizii, proteinele i alte substane chimice.

Fig. 2.12. Schema transformrii moleculei de protein n soluii apoase in configuraiaglobul. Resturi ( radicali ) a gruprilor polare hidrofile a aminoacizilor; Resturi (radicali) a gruprilor nepolare hidrofobe a aminoacizilor.

46


49/132

Se poate de prezentat nc un exemplu a influenei interaciunii hidrofobe asupra confiuraiei macromoleculelor de proteine n medii apoase. Macromoleculele de proteine sntformate din resturi de aminoacizi cu grupri polare i nepolare, aranjate n structura primar a moleculei neuniform. n soluii apoase gruprile polare a moleculelor de prteine snt supuse hidratrii. Gruprile nepolare resping moleculele de ap prin interacni hidrofobe. In urma interaciunii hidrofobe macromoleculele proteinelor cu structura linear se transform n configuraii de globule, indiferent de starea nativ s-aunaturat a proteinelor (Fig. 2.12). Fragmentele i gruprile polare a macromoleculei proteice se localizeaz pe suprafaa globulei, n timp ce gruprile nepolare, respinse dmolecule de ap prin interaciuni hidrofobe, snt localizate n interiorul globulei. Poprietile a activitii biologic a macromoleculelor native de proteine se protejeaz

interaciuni hidrofobe. Proteinele denaturate pierd activitatea biologic. Se poatede constatat, c procesele de hidratare i interaciuni hidrofobe au loc n medii aspose, cauzate de polaritatea moleculelor de ap. Aceste fenomene joac un rol important n tehnologia de obinere a unui numr mare de produse alimentare complexe, cu structur stabil n coninutul de ap i substane hidlofobe. 2.4. Formele de legtur a ape Din punct de vedere fizico-chimic, se consider c apa n alimente se conine sub douorme: ap liber i ap legat. Apa liber prezint o parte component din coninutul tcare nu este legat de moleculele compuilor chimici, este accesibil la interaciuni himice,biochimice i la procesele vitale a microorganismelor. Apa legat este o parte a apei asociate i reinut de.moleculele compuilor chimici a alimentelor, cu activiatea47


50/132

chimic i fizico-chimic limitat. n alimente apa exist sub diferite forme de legtuompuii chimici a produselor alimentare. Clasificarea formelor de legtur a apei a fost propus de savantul Rebinder. In baza clasificrii sau utilizat proprietile fizicochimice a apei n funcie de energia forelor de legare a apei. Dup modul de legare apexist sub urmtoarele forme: apa legat chimic, fizicochimic i fizico-mecanic. Apa lgat chimic. Legturile chimice a apei cu compuii alimentelor snt de dou tipuri; ioni moleculare. Legturile se formeaz n proporii strict determinate. Astfel de legtt cele mai puternice i pot fi distruse n urma unor reacii chimice s-au prin calcinare. Apa legat chimic pierde mobilitatea, activitatea chimic i fizico-chimic, nu poae fi eliminat din alimente fr a provoca degradarea lor. Apa legat fizico-chimic cupinde urmtoarele trei forme principale de legare n alimente: - legturile de adsorbie

- legturile de solvatare; - legturile de adsorbie osmotic. Apa legat fizico-chimiste cea mai rspndit n alimente.Aceste legturi se formeaz fr un raport strict deLegturile de adsorbie se formeaz prin fore de atracie a moleculelor de ap de fraele polare a macromoleculelor de pe suprafaa micelelor, corpurilor coloidale hidrofobe. Legturile de solvatare i adsorbie osmotic ca regul se formeaz ntre molecuap i compuii structurilor celulare ( citoplasma, membrane, vacuole) i alte elementstructurale. Legturile fizico-chimice snt de o intensit medie. Ele pot fi distruse prin tratament termic a alimentelor la temperaturi 90...105 C, prin interaciunichimice. Eliminarea apei legat fizicochimic practic nu conduce la degradarea complect a alimentelor.48


51/132

Proprietile fizico-chimice a apei legate i apei libere se deosebesc. De exemplu, temperatura de congelare a apei legate este sub zero de grade Celsius, temperaturafierberii este mai mare de 1000 C, capacitatea de dizolvare este redus. n prezentmajoritatea savanilor consider c fenomenul apa legat poate fi apreciat prin doi rii; - capacitatea redus de mobilitate a apei localizate n spaiul compuilor dizolvala nivel molecular: apa legat se congeleaz la temperatura - 400C. n conformitate cuaceti criterii cantitatea de ap legat n alimente este foarte mic din coninutul tde ap. Moleculele apei snt strns legate de fragmente polare a macromoleculelor de proteine, glucide i altele, formnd straturi de ap legat: strat monomolecular i strai polimoleculare. Mobilitatea moleculelor de ap in straturi este blocat, ce conduce la modificarea caracteristicilor fizico-chimice: apa pierde proprietatea de di

zolvant, temperatura fierberii depete nivelul de 1000 C, iar temperatura de congelare se reduce pn la - 400C. Apa legat fizico-mecanic este adiionat n alimente prinmecanice, denumit nc ap liber reinut n capilari, n pori. Ea se divizeaz n apicro-capilar. Forele de capilaritate snt de o intensitate slab. De aceea apa legatzicomecanic se consider ca ap liber care poate fi nlturat prin aciuni mecanice esare, centrifugare, extracie etc.). Proprietile fizico-chimice a apei legate fizico-mecanic i apei libere snt identice. Cantitatea de ap reinut fizico-mecanic depinde structura alimentelor, de proveniena materiei prime.

49


52/132

2.5. Activitatea apei Stabilitatea sau viaa alimentelor este limitat n timp. Pierda stabilitii i alterarea alimentelor se desfoar n urma modificrilor chimice, bimicrobiologice. Intensitatea acestor modificri depinde de umiditatea alimentelori ntr-o msur mai mic de ali indici: valoarea pH, coninutul de oxigen dizolvat, atea apei etc. Din coninutul total a apei n alimente o influen decisiv are numai citatea de ap accesibil la interaciuni chimice i biochimice. In funcie de coninutualimentele pot fi divizate n trei grupe: alimente cu umiditatea ridicat, cu umiditatea intermediar i umiditatea redus (alimente deshidratate, uscate). Cele mai stabile snt alimentele deshidratate. Acest fapt denot c stabilitatea alimentelor depindede coninutul, mobilitatea i implicare apei n procesele chimice, biochimice. Pentruaprecierea influenei apei asupra stabilitii alimentelor se folosete indicele numit

activitatea apei. Reieind din legitile termodinamicei chimice n rezultatul legrii i presiunea vaporilor de ap pe suprafaa alimentului scade. Prin urmare acest efectconduce la micorarea energiei libere. Reducerea energiei libere (F) la temperaturi constante se exprim prin lucrul necesar (L) pentru a nltura 1,0 Mol. de ap din aiment i este dat de expresia :Pm RT ln (1) Pu F energia liber la temperaturi constante, L lucrul de eliminare a1,0 Mol de ap din aliment, T- temperatura absolut, 0 K, Pm- presiunea parial a vapoilor de ap pe suprafaa alimentului n stare de echilibru. Pu - presiunea parial a vrilor saturai de ap n mediu ambiant a alimentului; F L RT ln50

unde:


53/132

=

Pm - umiditatea relativ. Pu

Valoarea cantitativ a presiunei pariale a vaporilor de ap pe suprafaa alimentului Pn stare de echilibru este n funcie de energia forelor de legare a apei n alimenteu ct mai tare apa este legat, cu att valoarea Pm este mai mic. i invers, Pm atingevelul presiunii vaporilor de ap in mediu ambiant a alimentului Pu cnd apa este legat cu fore slabe. n acest caz umiditatea relativ devine egal cu 1,0 (raportul Pm/ = 1), i inergia de legare sau lucrul de eliminare a apei din aliment este practicegal cu zero: L = RT Ln 1 = 0 (2)

. n stare de echilibru valorile Pm i Pu snt constante i caracterizeaz umiditatea rtiv de echilibru. Astfel raportul Pm / Pu n expresia (1) caracterizeaz starea apei tr-un aliment i se numete activitatea apei. Raportul ntre presiunea parial a vaporr de ap pe suprafaa alimentului i in mediu ambiant a alimentului n stare de echilibu se numete activitatea apei. Activitatea apei se determin prin expresia

aw

Pm Pu

s-au

awPm 100% Pu

(3)

unde aw- activitatea apei, poate fi exprimat n %. Valoarea cantitativ a aw variaz imitele 0...1,0 s-au 0...100%. Cnd Pm 0 , alimentele snt complect deshidratare, din expresia ( 3 ) se vede c aw = 0. n cazul coninutului majorat n51


54/132

aliment a apei libere Pm Pu activitatea apei devine maxim aw = 1,0 (100%). Valoarea aw a produselor alimentare depinde de mai muli factori: de umiditatea lor, compoziia chimic a alimentelor, umiditatea mediului ambiant, temperatura alimentelor.Activitatea apei este un indice important pentru determinarea proprietilor tehnologice a alimentelor. Cu ajutorul aw se rezolv problema stabilitii produselor finite. Pentru prima dat termenul activitatea apei a fost folosit de savantul Scott n anu1957, prin studiul dependenei stabilitii produselor deshidratate de umiditatea lor. 2.6. Izoterma de sorbie a apei Exist o strns corelaie intre umiditatea i activiapei n alimente. Pentru aprecierea acestei corelaii se face analiza izotermei desorbie a vaporilor de ap de aliment la temperaturi constante. Izoterma de sorbie avaporilor de ap se prezint grafic (Fig.2.13). Prin analiza procesului de sorbie a a

pei de produs alimentar complect deshidratat in condiii izotermice se apreciaz activitatea apei n alimente. Procesul de sorbie al apei se desfoar n conformitate curtul Pm / Pu n cazul cnd Pu este mai mare de Pm vaporii de ap din mediu ambiant seadsorb pe suprafaa alimentului. Prin urmare umiditatea alimentului crete. Procesulde desorbie al apei de pe suprafaa alimentului are loc cnd valoarea Pm este mai mare de Pu. n dependen de valorile a presiunelor Pu i, Pm n starea de echilibru, se drmin activitatea apei a alimentului. Izoterma de sorbie reprezint o relaie funcionre umiditatea de echilibru i activitatea apei. Analiza izotermei de sorbie, obinut e date experimentale, permite de caracterizat formele de legtur a apei prezente n alimente i activitatea diferitor fraciuni de ap.52


55/132

n Fig. 2.13 este prezentat izoterma de sorbie a apei de un produs alimentar.. Pentru analiz curba de sorbie a fost mprit n trei sectoare: C, B, A. Sectorul C. Regictorului C reprezint alimente cu un coninut majorat de ap n general legat prin forzice slabe. Activitatea apei n sectorul C constituie aw = 0,8...1,0. Apa legat prin astfel de legturi i este accesibil la reacii chimice, biochimice n urma activitrite. De exemplu, alimentele cu activitatea apei sporite snt legumele, fructele,lapte, carnea i multe alte produse cu umiditatea ridicat.

Umeditatea de echilibru U, gH2O/gSU

4 3 2 1 0 0

A

B

C

C

0,2

0,4

0,60,8

1

Activitatea apei, awFig. 2.13. Izote2rma de sorbie a apei U - coninutul apei totale (g) n aliment raportat la 1 g de substane uscate. Sectorul B a izotermei reflect coninutul mai mic deap n alimente.

53


56/132

Ca urmare, activitatea apei se reduce pn la de valori de aw = 0,3...0,8. Practic toat apa este legat prin legturi fizico-chimice cu compii chimici ai alimentului. O are parte din aceast ap formeaz straturi polimoleculare reinute de compui macromollari cu fore de absorbie mai puternice dect forele legturilor fizice. Aria activitei aw = 0,5...0,8 aparine straturilor polimoleculare a apei care parial pstreaz capcitatea de a dizolva compuii solubili, localizai n exteriorul acestor straturi . Prcesul de i ptrundere a compuilor n structuri polimoleculare a apei este specific. Mleculele cu masa molecular relativ mic se adsorb pe suprafaa straturilor polimolecuare de ap, se hidrateaz i n continuare, se deplaseaz n interiorul straturilor. Acroces favorizeaz probabilitatea interaciunilor chimice i biochimice ntre compuii cici n straturile polimoleculare a apei legate. Alimentele cu aw = 0,5...0,8 se nu

mesc alimente cu umiditatea intermediar alimente parial deshidratate. Ele se obin rin diferite metode de deshidratare parial: prin concentrare, congelare, uscare, prin reducerea activitii apei n urma majorrii concentraiei n alimente de zaharoz,i concentraiei de clorur de sodiu i altele. Sectorul A reflect umiditatea redus a mentelor deshidratate cu activitatea apei inferioar a n produsele deshidratate cantitatea mic de ap este strns legat prin legturi chimice, fizico-chimice straturi mmoleculare. Activitatea apei aw = 0,05...0,35. Practic aceast ap nu este accesibilla interaciuni chimice, biochimice, manifest proprieti anomale fa de apa liber. atea mic a apei blocheaz procesele de alterare, asigur stabilitatea produselor pe un termen ndelungat, Dependena activitii apei de umiditatea alimentelor se poate de rmrit prin analiza curbei de desorbie a apei. Activitatea apei se apreciaz n condiizoterme prin analiza procesului de desorbie a apei de un sistem (produs alimentar) complect hidratat ( Fig.2.14). Procesul de desorbie se desfoar n conformitate c

alorile Pu i Pm , prezentat n fig.2.14, curba (1 ). cnd P m > Pu. A fost constatat54


57/132

c curbele izotermelor de sorbie i desorbie reflect unele abateri ntre aceste procin cauza diferitelor fore de legtur i reinerea apei n alimente.4B 1

Umiditatea de echilibru, U, gH2O/gSU

3 2

U1 N

M2

1 0 0

Aaaa aaa a aaa a

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Activitatea apei, awFig 2.14. Izoterme de sorbie (2) i desorbie (1) a apei. Suprafaa ANBMA efectul desterezis intre curbele sorbiedesorbie

Urmnd pe fig.2.14 calea AMB (sorbia apei) i BNA (desorbia apei), al unui i acela ent examinat, n aria anumitului nivel de umiditate de echilibru a proceselor de sorbie i desorbie, o abatere a activitii apei. Aceast abatere a fost denumit efechisterezis. Sensul efectului const n faptul c alimentele obinute prin procesele de

eshidratare i hidratare, cu umiditatea de echilibru egal, manifest diferite valoria activitii apei. De exemplu, dac alimentele au umiditatea egal - U1, activitatea aei va fi diferit: aw1 i aw2. Diferena ntre aw1 i aw2 reflect starea apei legate ele N i M. n cazul procesului de sorbie a apei forele de legtur snt mai slabe (pM) dect55


58/132


59/132

staturile polimoleculare a apei legate. n astfel de condiii au fost constatate unele efecte specifice a cineticei reaciilor chimice Desfurarea reaciilor n zonele sturilor polimoleculare a apei snt n funcie de aw, de mobilitatea i accesibilitatea aei legate pentru hidratarea compuilor chimici. Mobilitatea compuilor chimici hidratai n straturile polimoleculare a apei pot participa n interaciuni chimice i biochce in dependen de masa molecular i solubilitatea lor, temperaturaa i ali parametrntru a demonstra influena aw asupra reaciilor chimice n alimente vom analiza cinetica unei reacii chimice bimoleculare in mediu cu diferite valori a activitii apei. De exemplu, prin interaciunea compuilor A i B se formeaz o substan chimic P:

A B

K

P

(4)

unde A, B - substane chimice solubile n ap ; P - produsul reaciei ; k - constanta vtezei a reaciei. Viteza de formare a produsului reaciei P , dup modelul (4)se exprim :

dP d

kA B(5)

[A], [B] concentraia compuilor dizolvai n apa legat. n primul rnd se poate de c solubilitatea compuilor A i B depinde direct proporional de activitatea apei. Cumajorarea aw crete i concentraia compuilor dizolvai. n cazul cnd A i B vor fi cizolvai, majorarea a w conduce la diluarea soluiei, i prin urmare, viteza reaciei smicoreaz.

57


60/132

Capacitatea de interaciuni n limitele straturilor polimoleculare a apei depinde demobilitatea compuilor dizolvai. Mobilitatea moleculelor este n funcie de viscozitaea spaiului reaciei. Acumularea produsului reaciei P poate provoca creterea viscozii reducerea mobilitii moleculelor A i B. Viscozitatea, n rndul su, este indirecrional de creterea umiditii, i aw. Toate aceste condiii influeneaz asupra conszei reaciei ( k ) i pot cauza tendine de sporire s-au descretere a vitezei reacieiajorarea aw. n zona de reacie duce la creterea solubilitii compuilor A i B, i aa vitezei reaciei. Concomitent, pe de alt parte, cu majorarea aw se majoreaz diluarea mediului ce conduce la descreterea vitezei reaciei. Prin urmare n zona reaciei sformeaz condiii complicate. n fig. 2.15 este prezentat graficul cu trei tipuri posibile a vitezei reaciilor chimice care se desfoar n funciede activitatea apei. Fi

15 Influena aw asupra vitezei a reaciilor chimice n straturile polimoleculare a apei legate fizico-chimic. 1, 2, 3 tipul vitezelor a reaciilor chimice. Tipul 1 reflect creterea permanent a vitezei reaciei cu majorarea aw. Acest tip de interaciunirealizeaz n condiii cnd majorarea aw conduce la creterea solubilitii i concentuilor A i B n straturi polimoleculare a apei. n acela timp produsul reaciei (P) nduce la majorarea viscozitii zonei reaciei. Tipul 2. n faza iniial viteza reaciedirect proporional aw i n permanent cretere. ncepnd de la un anumit nivel de aw,zul nostru aw= 0,42 0,43, Fig.2.15) acumularea produsului reaciei (P) conduce lacreterea viscozitii mediului. Creterea viscozitii predomin asupra majorrii dilureaciei. Prin urmare, viteza reaciei atinge un nivel maxim i in continuare, cu majorarea activitii apei, este n permanent descretere. Tipul 3. Viteza reaciei n fazeste n cretere direct proporional majorrii aw. In continuare, pe parcursul reacieiu

58


61/132

creterea aw i diluarea zonei reaciei , se majoreaz i viscozitatea mediului n rezul creterii concentraiei produsului reaciei P. Acest efect are loc cnd produsul reaci prezint o substan cu masa molecular mare. De la un anumit nivel a activitii apew =0,450,50) creterea viscozitii i gradului de diluare a mediului prin majorarea adevin n stare de echilibru. Prin urmare viteza reaciei devine practic constant. Toate aceste tipuri de viteze a reaciilor au fost identificate prin , investigaiile,cineticei, reaciilor chimice i biochimice, a alimentelor cu activitatea apei redus.De exemplu, a fost constatat influena activitii apei asupra vitezei reaciiilor deunare a porcinei sublimate. mbrunarea, este un proces chimic neenzimatic prin interaciunea ntre zaharurile reductoare i aminoacizii crnii de porcin. Reacia conduormarea substanei de culoare brun melanoidine, cu masa molecular relativ mare (Fig

2.16).0,05

Viteza de mbrunare

0,04 0,03 0,02 0,01 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Activitatea apei, aw

Fig. 2.16. Viteza reaciei chimice de mb2runare a porcinei sublimate n funcie de actvitatea apei (t = 37 C). Procesul de mbrunare a porcinei sublimate n funcie de aw nmediu cu apa legat se desfoar n conformitaterespunde59


62/132


63/132

substanei A. ns depinde de valoarea constantei vitezei a reaciei, care este indirecproporional duratei procesului (7). Cu creterea aw descrete viscozitatea zonei de eacie n urma descompunerii substanei A. Prin urmare constanta vitezei reaciei (k) cete i conduce la reducerea duratei reaciei. Reaciile monomoleculare snt destul de ite n produsele alimentare. De exemplu, reacia de descompunere a acidului ascorbiccorespunde mecanismului reaciei monomoleculare. Pe Fig 2.17 este artat procesul de descompunere al acidului ascorbic n funcie de activitatea apei n limitele aw = 0,30,95.30

Durata procesului, zile

23 C20

35 C10

45 C0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1


Fig.2.17. Durata reaciei de descompunere a acidului ascorbic la diferite temperat

uri n funcie de activitatea apei. 230C, 350C, 450C temperaturi a mediului . Cum rezult din Fig. 2.17 cu majorarea activitii apei de la aw= 0,7 pn la aw 0,95...1,0 ,ata de descompunere a acidului ascorbic practic este minimal, ns viteza procesului- maximal, indiferent de temperatura mediului. Reducerea activitii apei de la 0,7 pla 0,3 influeneaz pozitiv asupra stabilitii acidului ascorbic. Durata de descompunee este n funcie de temperatura mediului. Viteza reaciei este lent n special la tematuri inferioare.61


64/132

Rezultate interesante au fost obinuteprin analiza unor procese chimice de alterare a alimentelor n funcie de activitatea apei. Studiul activitii apei este importantpentru explicarea unor modificri negative a alimentelor n urma reaciilor chimice care se desfoar n condiii blnde i influena asupra calitii produselor (Fig. 2.18natura alimentelor, procesele de alterare se desfoar la diferite nivele al activitapei. Influena activitii apei asupra oxidrii lipidelor n cipse de cartofi este foe slab.aViteza relativ de alterareViteza relativ de alterare1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,5 1

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1b



Fig. 2.18. Viteza relativ de alterare al unor produse alimentare n funcie de activitatea apei. a viteza de oxidare a lipidelor n cipse de cartofi b viteza de mbrunaea a crnii de porcin deshidratat (bucele) Lipidele snt insolubile n ap, oxidarepetrece la un nivel mic a activitii apei (a w=0, 40,45) prin contact direct ntre oxgenul din aer i lipidele produsului. La reacia de mbrunare a crnii deshidratate dep

nde de activitatea apei i corespunde vitezei reaciei de tipul 2. Astfel de reacie afost analizat i prezentat pe Fig 2.16.

62


65/132

2.8. Influena apei asupra activitii enzimelor n alimente cu umiditatea i activitatapei redus snt posibile reacii enzimatice, dac enzimele n-au fost inactivate prin tatament termic. Activitatea enzimelor se majoreaz ncepnd de la un anumit nivel minimal de umiditate. n principiu exist o corelare dintre activitatea apei i viteza reaciilor enzimatice, ns aceast corelare este destul de complicat. Reaciile enzimatidisfoar n straturile polimoleculare a apei legate, dac formeaz microvolume de moe mobile de ap . Este evident c apa lichid este mediu necesar pentru difuzia substratului ctre enzime. innd cont de cele expuse este clar de ce viteza reaciilor enzimtice se limiteaz n medii cu activitatea mic a apei. n acela timp a fost constatat sfurarea reaciilor enzimatice snt posibile i n mediul lichid altor substane chimar de ap. De exemplu, n starea lichid, tripliceridele, favorizeaz mobilitatea comp

r prin difuzie, ptrunderea lor n zona localizrii enzimelor i iniierea reaciilor bmice cu enzima lipaza. Influena aw asupra reaciilor enzimatice a fost examinat n siteme model i n unele produse alimentare. Se poate de artat scindarea ATP (adenozintrifosfat) n carne uscat prin sublimare. (Fig.2.19). Pe parcursul pstrrii de trei lni n condiii cu umiditatea relativ de = 25,0 % n-a fost nregistrat scinderea ATP. majorarea umiditii relative viteza de scindare a crescut. La = 70 % hidroliza ATPa durat numai cteva zile. Reacia enzimatic de scindare ATP sa desfurat n urma majactivitii apei. n rezultatul creterii umiditii mediului sa majorat adsorbia vapoe ap pe suprafaa produsului. Coninutul de ap n stare lichid n produs a crescut, rat i a condus la creterea activitii apei.

63


66/132

Coninutul de ATP mol/g

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 20 40 60 80

Durata de pstrare, zile

Fig. 2.19. Influena aw asupra scindrii ATP n carne uscat (prin sublimare) la diversnivele de umiditate relativ Umiditatea relativ: 1 40%; 2 55%; 3 70%. n alimenconine un numr mare de enzime care pot fi inactivate prin reducerea activitii apeisub nivelul de aw < 0,8. Concomitent unele enzime pstreaz activitatea catalitic n mdiu cu aw 0,6...0,8. De exemplu, unele esteraze pstreaz activitatea n mediu cu aw 0

, 25...0,3. A fost constatat c reaciile biochimice, catalizate de enzime, pot fi desfurate n alimentele deshidratate pe parcursul pstrrii lor i pot provoca reducerlorii nutritive i modifica proprietile senzoriale a produselor finite. 2.9. Influenapei asupra reaciilor de oxido-reducere Produsele alimentare includ un numr de compui chimici hidrosolubili cum ar fi acidul ascorbic, flavonoidele, taninurile, catechine, antociane, carotenoizi etc. cu capaciti de oxidare i reducere a antocianele, caratenoizii etc. Pe parcursul prelucrrii tehnologice a materiilor prime i pstrii produselor finite predomin reaciile de oxidare. Modificrile aprute n urma reacir de oxidare influeneaz negativ asupra stabilitii fizicochimice i aduc la pierderealitii a alimentelor. Concomitent snt64


67/132

posibile i unele reacii de reducere a compuilor oxidai cu efecte pozitive asupra caitii alimentelor. De remarcat c procesele de oxido-reducere a compuilor n alimenteloc prin implicarea direct a apei, n special a apei libere i apei legate cu forezice slabe. Din punct de vedere fizico-chimic apa prezint un sistem format din molecule de ap, oxigen dizolvat, protoni de hidrogen ( H+). Moleculele de ap snt n stre de echilibru cu moleculele de oxigen, protoni de hidrogen. Acest sistem se prezint n felul urmtor:1/2 O2

+

2 H++

2e-

H2O

( 8)

Din ecuaia prezent se vede c molecula de oxigen adiioneaz doi electroni, doi protose reduce, formnd o molecul de ap. Concomitent molecula de ap pierde doi electronise oxideaz, formnd doi protoni i oxigen molecular. acesta reacie este reversibil

ternic deplasat n partea dreapt. Starea de echilibru a sistemului (8) se realizeaz rin reacia ui de oxido-reducere i se apreciaz prin potenialul redox ( E ) n conforate cu legile termodinamicei chimice. Potenialul redox este un indice care caracterizeaz reaciile de oxido-reducere. Compuii chimici cu valori majorate a potenialuli redox ca regul manifest proprieti oxidative, compuii cu valori inferioare a poteului redox manifest proprieti reductoare. Pentru aprecierea funciei apei n reacioxido-reducere este necesar in primul rnd de cunoscut valorile E a apei. Dup cercetrile efectuate de dr. Artur Macari (U.T.M.) potenialul redox a apei se determin prin ecuaia: E a= 0,815 59,16 pH + 14,79 [ O2 ] (9 )

65


68/132

Unde Ea potenialul redox real a apei, V ; 0,815 - ( E0 ) potenialul standard al apei la t =250C, V; pH aciditatea activ a apei ; [O2] concentraia oxigenului dizolvt n ap, Mol Valorile potenialului redox a apei ( Ea ) snt n limitele 0,39 . . . .0V. in dependen de pH i de concentraia oxigenului dizolvat. Majoritatea produselor egetale, fructele, legumele manifest proprieti oxido-reductoare care se apreciaz potenialul redox . Valorile E a alimentelor n multe cazuri snt mai mici de valoareaEa a apei. De exemplu, potenialul redox a unor specii de materii prime este maimic fa de potenialul redox a apei ( Ea = 0,39....0,51 V ).: prunele - 0,270V; meree - 0,318V; tomatele 0,160V; cpunele - 0,222V; ardei dulce - 0 072 V. Din datele prezentate se vede c Ea a apei este mai mare n comparaie cu E a materiilor examinate. In cazul cnd Ea > E a produselor, apa manifest activitatea oxidativ i este direct

implicat in degradarea oxidativ a alimentelor, mat

chimia alimenatra

Documents