Ферментативная кинетика - раздел Производство, Теоретические основы пищевых производств. Исследования Ферментативный Катализ Существенно Отличается От Неферментативного, В Связи С...
Ферментативный катализ существенно отличается от неферментативного, в связи с чем в кинетике ферментативных реакций разработаны совершенно особые закономерности. Они позволяют выделить ферментативную кинетику в самостоятельный раздел химической кинетики, в котором изучается зависимость скорости реакций, катализируемых ферментами, от концентрации реагирующих веществ (ферментов и субстратов) и от условий их взаимодействия (температуры, рН, концентрации
коферментов и кофакторов, наличия различных эффекторов: активаторов и ингибиторов).
Изучение кинетики ферментативного действия имеет важное теоретическое значение, поскольку только с позиций кинетики можно подойти к решению вопроса о механизме ферментативного действия. Но оно также необходимо с практических позиций, так как только имея определенные сведения о кинетике действия того или иного фермента, можно подобрать оптимальные условия для его работы, а также влиять на его активность в заданном направлении на различных стадиях технологического процесса.
Вопросы, связанные с кинетикой ферментативных реакций, детально изложены в специальных разделах биохимии и энзимологии, поэтому основное внимание уделим тем положениям, которые необходимы для грамотного подхода к работе с ферментами: подбору условий для определения активности фермента, определению начальной скорости ферментативной реакции, выбору субстрата, определению его насыщающей концентрации, оптимуму действия температуры и рН, влиянию кофакторов, активаторов и ингибиторов.
Наличие фермента в растворе или экстракте можно определить исходя из скорости катализируемой им реакции, о которой можно судить либо по накоплению продуктов реакции, либо по убыли субстрата.
В большинстве своем ферментативные реакции являются реакциями смешанного порядка. Типичная кривая хода ферментативной реакции (рис. 8.1) имеет следующий вид:
Рис. 8.1.Кривая хода ферментативной реакции во времени
Таким образом, ход ферментативной реакции во времени не может быть описан одним математическим уравнением, поскольку все ферментативные реакции в самом начале своего протекания (когда имеется избыток субстрата и образовалось мало продуктов реакции) являются
реакциями нулевого порядка, и только потом они приобретают характер реакции первого или второго порядка. Скорость реакции нулевого порядка со временем не меняется, зависимость количества образовавшегося продукта от времени остается прямо пропорциональной (см. рис. 8.2). Для реакций первого порядка скорость реакции в каждый данный момент времени пропорциональна имеющейся в наличии концентрации субстрата, а следовательно, наблюдается постоянное падение скорости реакции с течением времени (см. рис. 8.3).
Рис. 8.2.Графическое изображение реакции нулевого порядка
Рис. 8.3.Графическое изображение реакции первого порядка
Для того чтобы правильно определить потенциальные возможности данного фермента как катализатора, нужно учитывать скорость ферментативной реакции в тот момент времени, когда факторы, замедляющие скорость ферментативной реакции (нехватка субстрата, специфическое ингибирование продуктами реакции, частичная тепловая денатурация фермента и др.), не успевают проявить свое действие и наблюдается прямая пропорциональная зависимость между продуктами реакции и временем.
Такая скорость называется начальной скоростью ферментативной реакции и обозначается V0.
На практике V0 определяют графическим методом, для чего строят кривую хода ферментативной реакции во времени. Начальная скорость определяется как тангенс угла наклона касательной, проведенной из начала координат к кривой хода ферментативной реакции (см. рис. 8.1).
V0 = tg a
При работе с конкретным ферментом длительность реакции следует выбирать исходя из экспериментальных данных, по начальной скорости реакции.
В зависимости от задачи, которая стоит перед исследователями или технологами, теми, кто работает с ферментами, выбирается тот или иной подход в этой работе. Имеется в виду следующее.
1. Если необходимо выделить и охарактеризовать фермент из какого-либо биологического объекта, пищевого сырья, следует применить либо известные схемы выделения и очистки, или разработать оптимальную схему для данного фермента, варьируя и испытывая различные сочетания основных этапов очистки и выделения ферментов (белков): экстракцию, различные режимы осаждения, гель-хроматографию и другие методы, основанные на различиях в физико-химических характеристиках отдельных ферментов (см. также гл. 2). При этом на каждом этапе выделения и очистки следует характеризовать ферментный препарат по ферментативной активности и содержанию белка. В этом случае определение ферментативной активности (определение F0) проводят с использованием стандартного субстрата; выявляют оптимальные значения рН и температуры. И все дальнейшие исследования проводят при насыщающей концентрации субстрата, оптимуме температуры и рН. Изучение влияния специфических активаторов и ингибиторов позволяет в этом случае получить ценные сведения о строении активного центра и возможном механизме каталитического действия. Здесь необходимо подчеркнуть важность тщательного методического подхода при работе с ферментами. Не следует жалеть времени и усилий на выбор режима экстракции (продолжительность, температура, экстрагент, тип экстракции - исчерпывающая или нет), выбор методики определения активности, ее отработку и возможную модификацию для данного конкретного объекта исследования; кроме того, работа с ферментами различной степени очистки также имеет свои особенности, свою специфику: они обладают разной рН- и термостабильностью и, помимо этого, могут по-разному реагировать на воздействие различных факторов.
2. Если задача заключается в определении того, каким образом будет вести себя данный фермент (ферментный препарат) в конкретном режиме рассматриваемой пищевой технологии, необходимо проводить исследование ферментативного действия при условиях данного технологического процесса (концентрация субстрата, длительность, рН, температура, влажность), изучить влияние различных компонентов пищевого сырья и используемых добавок на активность фермента с целью определить возможность и способы влияния на ферментативный процесс в желаемом направлении.
Перейдем к рассмотрению факторов, влияющих на скорость ферментативных реакций.
Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной реакции.Концентрация субстрата является важнейшим фактором, определяющим скорость ферментативной реакции. Еще в 1902г. В. Анри при изучении реакции ферментативного гидролиза сахарозы предположил, что фермент р-фруктофуранозидаза взаимодействует со своим субстратом, затем это
соединение распадается, фермент остается в первоначальном виде, а субстрат сахароза оказывается расщепленной на глюкозу и фруктозу.
Это предложение было в дальнейшем развито Л. Михаэлисом и M. Ментен. В 1913 г. они постулировали следующие уравнения ферментативной реакции:
где k+1- константа скорости реакции образования комплекса ES, k-1 k+2 - константы скорости реакции распада комплекса ES в двух направлениях.
Тогда Ks- константа диссоциации комплекса ES равна отношению констант скоростей обратной и прямой реакции:
Ks=
Исходя из закона действующих масс, можно записать следующее уравнение:
[S] ·([E0] -[ES]) = Ks ·[ES],
где [E0] - концентрация фермента в начале ферментативной реакции, [S] - концентрация субстрата, (ES] - концентрация комплекса "фермент-субстрат", [E0]-[ES] - концентрация фермента, не связанного в комплексе с субстратом.
В ходе ферментативной реакции в любой момент времени фермент существует в двух формах: свободной и связанной, т. е. в форме комплекса ES.
Скорость ферментативной реакции будет максимальной при такой концентрации субстрата, когда весь фермент перейдет в комплекс ES, т.е. когда все активные центры насыщены субстратом и дальнейшее увеличение концентрации субстрата не приведет к увеличению скорости реакции.
Преобразуя представленное выше уравнение, получим выражение, которое будет иметь следующий вид:
V0=
Это уравнение названо уравнением Михаэлиса-Ментен. Оно имеет огромное значение для выражения зависимости действия ферментов от концентрации субстрата. Однако оно содержит и ряд недостатков, в частности, при его выводе было сделано несколько допущений, например, не учитывалась вторая стадия ферментативной реакции - образование E и P.
В связи с этим был предложен рад усовершенствованных уравнений, с учетом влияния образовавшихся продуктов реакции. В настоящее время наиболее широко используют уравнение Холдейна-Бриггса. Оно имеет следующий вид:
V0=
В этом уравнении вместо K s - константы диссоциации комплекса ES, который присутствует в уравнении Михаэлиса-Ментен, стоит Km-константа Михаэлиса (в числителе которой находятся константы скоростей реакций, ведущих к распаду комплекса ES в двух направлениях):
Km=
Поскольку K s =
,то Km = Ks+
, то есть Km всегда больше Ks.
Для того, чтобы графическая зависимость, выражающая влияние концентрации субстрата на начальную скорость ферментативной реакции, из гиперболической преобразовалась в прямолинейную, что, очевидно, представляет большее удобство в экспериментальной практике, уравнение Холдейна-Бриггса было преобразовано Лайнуивером и Берком по методу двойных обратных величин.
=
·
+
Графически это выгладит так:
Рис. 8.4.Влияние концентрации субстрата на начальную скорость ферментативной реакции (а - по методу Михаэлиса-Ментен, б - по методу Лайнуивера-Берка)
Величина Km - это ключевой кинетический параметр; если [S] = K m, то V= Vmax/2, следовательно, константа Михаэлиса численно равна концентрации субстрата (в молях на литр), при которой скорость реакции равна половине максимальной.
Приблизительное значение Km можно получить простым графическим способом, как это показано на рис. 8.4 а; однако в этом способе достаточно велика погрешность в нахождении Vmax. Значительно удобнее пользоваться прямолинейной зависимостью при обработке данных по методу двойных обратных величин, рис. 8.4 б. В этом случае можно получить более точное значение Km.
Таблица 8.1.Значение констант Михаэлиса - К (мМ/л) для некоторых ферментов
| Фермент
| Субстрат
| К
|
| Каталаза
| H2 O 2
| 25,0
|
| Гексокиназа
| АТФ
| 0,4
|
|
| Глюкоза
| 0,05
|
|
| Фруктоза
| 1,5
|
| Химотрипсин
| Глицил-тирозинил-глицин
| 10,8
|
|
| N-бензол-тирозин-амид
| 2,5
|
| P - Галактозидаза
| Лактоза
| 4,0
|
Источником множества недоразумений как в прошлом, так и в настоящем, является некорректное использование термина "константа Михаэлиса" и двух символов Ks и Km для обозначения величин отнюдь неидентичных, несмотря на совершенно четкие рекомендации Комиссии по ферментам Международного Биохимического Союза. Первая величина -Ks- константа равновесия, выражаемая отношением Ks =
,
характеризует сродство фермента к субстрату (или, иначе, прочность комплекса ES), причем существует обратная пропорциональность между величиной Ks и сродством фермента к субстрату. Вторая величина -Km-соответствует концентрации субстрата, при которой V= Vmax/ 2. Часто свойство Ks ошибочно приписывают Km. Ha самом деле Km будет являться мерой сродства фермента к субстрату только в том единственном случае, когда величина k+2 будет настолько мала, что Km практически совпадет с Ks.
Многие ферменты катализируют реакции с участием двух субстратов. К так называемым бимолекулярным реакциям относятся реакции переноса химических группировок с одного соединения на другое, реакции синтеза, окислительно-восстановительные реакции.
Такие реакции могут протекать по двум различным механизмам. В реакциях первого типа, называемых реакциями единичного замещения, два субстрата А и В образуют с ферментом комплекс EAB, который затем распадается с образованием продуктов реакции С и Д. Второй тип двухсубстратных реакций протекает по механизму двойного замещения (механизм типа "пинг-понг"). В этих реакциях с активным центром фермента в каждый момент времени связан только один из двух субстратов.
При исследовании кинетики бимолекулярных реакций концентрацию одного из субстратов оставляют постоянной (В), а второго - изменяют (А). В этом случае в координатах 1/V от 1/[A] можно получить "кажущееся" значение К т. Истинное значение Vmax и К Bmполучают при исследовании нескольких концентраций субстрата В. Точно так же поступают при определении K Am(когда концентрация А постоянна, а концентрация В варьируется). Кт по отношению к различным субстратам в одной и той же реакции могут быть различными - это хорошо видно из следующего примера.
Реакция катализируемая алкогольдегидрогеназой:
CH3CH2OH + НАД+ ↔ CH3COH + НАДН + H+
этанол уксусный альдегид
Значение Кт для алкогольдегидрогеназы дрожжей:
| Субстрат
| Кт, М/л
|
| НАД+
| 1,0 ×10-4
|
| CH3CH2OH
| 2,4 ×10-2
|
| НАДН + H+
| 3,5 ×10-5
|
| CH3COH
| 1,0 ×10-4
|
Все темы данного раздела:
БЕЛКИ В ПИТАНИИ ЧЕЛОВЕКА. ПРОБЛЕМА БЕЛКОВОГО ДЕФИЦИТА НА ЗЕМЛЕ
Белки в питании человека занимают особое место. Они выполняют ряд специфических функций, свойственных только живой материи. Белковые вещества наделяют организм пластическими свойствами, заключающим
БЕЛКОВО-КАЛОРИЙНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ. ПИЩЕВЫЕ АЛЛЕРГИИ
Белковая недостаточность является важнейшей проблемой питания. Бедно живущие семьи на фоне недостаточно калорийной пищи потребляют мало белка, в результате чего возникает синдром дистрофии, который
АМИНОКИСЛОТЫ И ИХ НЕКОТОРЫЕ ФУНКЦИИ В ОРГАНИЗМЕ
Общее число встречающихся в природе аминокислот достигает около 300. Среди них различают: а) аминокислоты, входящие в состав белков; б) аминокислоты, образующиеся из других аминокислот, но только п
НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ. ПИЩЕВАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ БЕЛКОВ
Все живые организмы различаются по способности синтезировать аминокислоты, необходимые для биосинтеза белков. В организме человека синтезируется только часть аминокислот, другие должны доставляться
СТРОЕНИЕ ПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ПЕПТИДОВ
До середины XX в. считалось, что пептиды не являются самостоятельным классом органических соединений, а представляют собой продукты неполного гидролиза белков, которые образуются в ходе перевариван
Белки пищевого сырья
Белки злаков
Анализируя аминокислотный состав суммарных белков различных злаковых культур с точки зрения состава эталонного белка для питания людей (ФАО, 1973) следует отметить, что все он
Белки бобовых культур
Основную часть семядолей бобовых культур (сои, гороха, фасоли, вики) составляют запасные белки, являющиеся в соответствии с классификацией Осборна глобулинами. Кроме того, в семенах содержится небо
Белки масличных культур
У масличных семян основной запасающей тканью для белков и ли-пидов является паренхима семядолей (подсолнечник, хлопчатник, рапс), эндосперм (семена клещевины, кориандра) или одновременно паренхима
Белки картофеля, овощей и плодов
Относительно низкое содержание азотистых веществ в картофеле (около 2%), овощах (1,0-2,0%) и плодах (0,4- 1,0%) свидетельствует о том, что данные виды пищевого растительного сырья не играют значите
Баклажаны Перец
РНК ................................. 0,27-0,32 ..... 0,13-0,31
ДНК ................................. 0,21-0,36 ..... 0,14-0,22
Фосфор .............................. 5,5-7,2 .....
Белки мяса и молока
Мясо, молоко и получаемые из них продукты содержат необходимые организму белки, которые благоприятно сбалансированы и хорошо усваиваются. Белки мышечной ткани мяса животных полноценны, по
НОВЫЕ ФОРМЫ БЕЛКОВОЙ ПИЩИ. ПРОБЛЕМА ОБОГАЩЕНИЯ БЕЛКОВ ЛИМИТИРУЮЩИМИ АМИНОКИСЛОТАМИ
Основным направлением научно-технического прогресса в области производства продовольствия в последние три десятилетия является интенсификация процессов приготовления пищи с одновременным приданием
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ
Растительные белки находят применение в производстве пищевых продуктов в качестве ингредиентов питательной, технологической и лечебно-профилактической значимости благодаря присущим им уникальным фу
ПРЕВРАЩЕНИЯ БЕЛКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПОТОКЕ
Нативная трехмерная структура белков поддерживается разнообразием внутри- и межмолекулярных сил и поперечных связей. Любое изменение условий среды в технологических потоках производства пищевых про
КАЧЕСТВЕННОЕ И КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕЛКА
Присутствие белков в пищевых объектах устанавливается с помощью качественных реакций, которые условно разделяют на две группы: а) цветные реакции; б) реакции осаждения.
Среди первой группы
Моносахариды
Моносахариды обычно содержат от 3 до 9 атомов углерода, причем наиболее распространены пентозы и гексозы. По функциональной группе они делятся на альдозы и кетозы.
Моносахариды находятся о
Полисахариды
Олигосахариды.Это полисахариды 1-го порядка, молекулы которых содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. В соответствии с этим различают дисахари
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ УГЛЕВОДОВ
Углеводам в питании человека принадлежит чрезвычайно важная роль. Они являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органо
Усваиваемые и неусваиваемые углеводы
С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы – моно- и олигосахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые – целлюлоза, гемицеллюлозы, ин
Углеводы в пищевых продуктах
Углеводы составляют 3/4 сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах и в других продуктах.
Главными усваиваемыми углеводами в питании человека являются кра
Гидролиз углеводов
Во многих пищевых производствах имеет место гидролиз пищевых гликозидрв, олигосахаридов и полисахаридов. Гидролиз зависит от многих факторов: рН, температуры, аномерной конфигурации, комплекса ферм
Реакции дегидратации и термической деградации углеводов
При переработке пищевого сырья в пищевые продукты эти реакции занимают важное место. Они катализируются кислотами и щелочами, и многие из них идут по типу β-элиминации. Пентозы, как главный пр
Реакции образования коричневых продуктов
Потемнение пищевых продуктов может иметь место в результате окислительных или неокислительных реакций. Окислительное или ферментативное потемнение – это реакция между фенольным субстратом и кислоро
Окисление в альдоновые, дикарбоновые и урановые кислоты
Действие окислителей.Способность альдоз к окислению также имеет значение для пищевых продуктов. При определенных условиях возможно окисление в альдоновые кислоты, причем β-фор
Процессы брожения
Брожение – процесс (в котором участвуют углеводы), используемый в ряде пищевых технологий: во время тестоприготовления при изготовлении хлеба, в производстве пива, кваса, спирта, вина и других прод
Гидрофильность
Гидрофильность – одно из основных физических свойств углеводов, полезных для пищевых продуктов. Гидрофильность обусловлена наличием многочисленных ОН-групп. Они взаимодействуют с молекулой воды пос
Связывание ароматических веществ
Для многих пищевых продуктов, при получении которых используются разные виды сушки, углеводы являются важным компонентом,
способствующим сохранению цвета и летучих ароматических веществ
Образование продуктов неферментативного потемнения и пищевого аромата
Как уже отмечалось, реакции неферментативного потемнения дают окрашенные меланоидиновые пигменты и много разнообразных летучих
компонентов. Именно они ответственны за тот или иной запах
Сладость
Ощущение сладости во рту при потреблении низкомолекулярных углеводов характеризует еще одну важную функцию их в пищевых продуктах. В табл. 3.12 дана характеристика относительной сладости различных
Структурно-функциональные свойства полисахаридов
Все полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, обусловленны
Крахмал
Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13–30%; амилопектина 70–85%).
Амилоза
Гликоген
Гликоген находится в пищевых продуктах в очень небольших количествах, благодаря малому содержанию в мясной ткани и печени. Это гомоглюкан, подобный по структуре крахмальному амилопектину; он содерж
Целлюлоза
Целлюлоза – компонент клеточных стенок. Она обычно ассоциируется с различными гемицеллюлозами и лигнином; и тип и размер этих ассоциаций образует характерную текстуру пищевых растений. Однако больш
Гемицеллюлозы
Известно, что клеточные стенки растений представляют собой комплексную матрицу, состоящую из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз. Гемицеллюлозы – класс полисахаридов, неусваиваемых человеческим орган
Пектиновые вещества
Пектин содержится в растительных пищевых продуктах, например, в фруктах и овощах. В растительной клетке пектин выполняет функцию структурирующего агента в центральном слое клеточной стенки. Кроме т
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
Моно- и олигосахариды.Для определения этих углеводов используют их восстанавливающую способность. Сначала их извлекают из пищевых продуктов 80%-м этиловым спиртом. Спиртовые экстра
СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ЛИПИДОВ. ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ МАСЕЛ И ЖИРОВ
Липидами (от греч. lipos – жир) называют сложную смесь органических соединений с близкими физико–химическими свойствами, которая содержится в растениях, животных и микроорганизмах. Липиды широко ра
Гидролиз триацилглицеринов
Под влиянием щелочей, кислот, фермента липазы триацилглицерины гидролизуются с образованием ди–, затем моноацилглицеринов и, в конечном счете, жирных кислот и глицерина.
Переэтерификация
Большое практическое значение имеет группа реакций, при которых идет обмен ацильных групп (ацильная миграция), приводящий к образованию молекул новых ацилглицеринов. Триацилглицерины при температур
РЕАКЦИИ АЦИЛГЛИЦЕРИНОВ С УЧАСТИЕМ УГЛЕВОДОРОДНЫХ РАДИКАЛОВ
Присоединение водорода (гидрирование ацилглицеринов)
Гидрирование масел и жиров молекулярным водородом в промышленности проводят при температурах 180–240°C в присутствии н
Окисление ацилглицеринов
Жиры и масла, особенно содержащие радикалы ненасыщенных жирных кислот, окисляются кислородом воздуха. Первыми продуктами окисления являются разнообразные по строению гидропероксиды. Они получили на
СВОЙСТВА И ПРЕВРАЩЕНИЯ ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДОВ
Глицерофосфолипиды – бесцветные вещества, без запаха, хорошо растворимы в жидких углеводородах и их галогенпроизводных, отдельные группы различаются растворимостью в спиртах, ацетоне. Они существую
МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ЛИПИДОВ ИЗ СЫРЬЯ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И ИХ АНАЛИЗ
Анализ липидов и продуктов их превращений является сложной задачей, требующей применения, наряду с классическими химическими методами, современных физико–химических методов исследования (хроматогра
ПИЩЕВАЯ ЦЕННОСТЬ МАСЕЛ И ЖИРОВ
Растительные жиры и масла являются обязательным компонентом пищи, источником энергетического и пластического материала для человека, поставщиком ряда необходимых для него веществ (непредельных жирн
ПРЕВРАЩЕНИЯ ЛИПИДОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
При получении продуктов питания, как в промышленности, так и в домашних условиях, в ходе технологического потока липиды исходного сырья (зерно, крупа, мясо и молоко, жиры и масла, плоды и овощи и д
РОЛЬ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
Многие элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений и органических веществ входят в состав живой материи и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потреблять
Макроэлементы
Кальций.Это основной структурный компонент костей и зубов; входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим
для свертывания крови. Кальций образуе
Микроэлементы
Железо.Этот элемент необходим для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; он участвует в иммунобиологических и окислительно–восстановительных реакциях; входит
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
При переработке пищевого сырья, как правило, происходит снижение содержания минеральных веществ (кроме добавления пищевой соли). В растительных продуктах они теряются с отходами. Так, содержание ря
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Для анализа минеральных веществ в основном используются физико–химические методы – оптические и электрохимические.
Практически все эти методы требуют особой подготовки проб для анализа, ко
Электрохимические методы анализа
Ионометрия.Метод служит для определения ионов K+, Na+, Ca2+, Mn2+, F–, I–, Сl– и т. д.
Метод о
ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Витамин С(L–аскорбиновая кислота). Впервые выделен из лимона. В химическом отношении представляет собой γ–лактон 2,3–дегидро–4–гулоновой кислоты, легко переходит в окисленную
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Витамин А.Встречается в качестве четырех индивидуальных представителей: ретинол, ретин ил ацетат, ретиналь, ретиноевая кислота. Ретинол в химическом отношении – непредельный одноат
ВИТАМИНОПОДОБНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Витаминоподобные соединения, как уже указывалось, относятся к биологически активным соединениям, выполняющим важные и
разнообразные функции в организме. Их можно разделить на несколько
ВИТАМИНИЗАЦИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
Здоровое питание населения является одним из важнейших условий здоровья нации. Массовые обследования, проведенные Институтом питания РАМН, свидетельствуют о дефиците витаминов у большей части насел
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КИСЛОТ ПИЩЕВЫХ ОБЪЕКТОВ
Основные источники пищевых кислот – растительное сырье и продукты его переработки. Органические пищевые кислоты содержатся в большинстве видов растительных пищевых объектов – ягодах, фруктах, овоща
ПИЩЕВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ПРОДУКТОВ
Пищевые кислоты в составе продовольственного сырья и продуктов выполняют различные функции, связанные с качеством пищевых объектов.
В составе комплекса вкусоароматических веществ они участ
РЕГУЛЯТОРЫ КИСЛОТНОСТИ ПИЩЕВЫХ СИСТЕМ
Наличие пищевых кислот в продукте может являться следствием преднамеренного введения кислоты в пищевую систему в ходе технологического процесса для регулирования ее рН.
В этом случае пищев
ПИЩЕВЫЕ КИСЛОТЫ В ПИТАНИИ
Значение пищевых кислот в питании человека определяется их энергетической ценностью (табл. 7.5) и участием в обмене веществ. Обычно они не вызывают дополнительной кислотной нафузки в организме, оки
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОТ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
В основе определения рН различных пищевых систем лежат стандартные методы, описанные в руководствах по аналитической химии. К ним относятся калориметрический и электрометрический методы.
О
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ
Ферменты - биологические катализаторы белковой природы. Они значительно повышают скорость химических реакций, которые в отсутствие ферментов протекают очень медленно. При этом ферменты не расходуют
Влияние концентрации фермента на скорость ферментативной реакции.
Концентрация фермента оказывает существенное влияние на скорость ферментативной реакции. При насыщающей концентрации субстрата, обеспечивающей Vmax, начальная скорость ферментатив
Оксидоредуктазы
Полифенолоксидаза (Н.Ф. 1.14.18.1). Этот фермент известен под различными тривиальными названиями: о-дифенолоксидаза, тирозиназа, фенолаза, катехолаза и др. Фермент может катализировать окисл
Гидролитические ферменты
Роль ферментов класса гидролаз в пищевых технологиях очень велика. Это находит отражение в специальной литературе, монографиях, технических инструкциях, стандартах. Поэтому в этом разделе остановим
ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ В ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
Ферментные препараты в отличие от ферментов содержат помимо активного фермента множество балластных веществ, в том числе и других белков. Кроме того, большинство ферментных препаратов являются комп
Мукомольное производство и хлебопечение
Качество хлеба определяется особенностями химического состава муки и активностью ее ферментного комплекса. Значительное влияние
оказывают также условия брожения и выпечки. Получить хлеб
Производство крахмала и крахмалопродуктов
Современная крахмал о-паточная промышленность, используя в основном традиционные источники сырья — картофель и кукурузу, — вырабатывает большой ассортимент продукции, включающий десятки наименовани
Кондитерское производство
Кондитерские изделия в зависимости от вида сырья и типа технологического процесса подразделяют на две группы: мучные и сахаристые. К мучным изделиям относятся печенье, галеты, крекеры, вафли, пряни
Производство плодово-ягодных соков, безалкогольных напитков и вин
Применение ферментных препаратов при производстве плодово-ягодных соков, вин и безалкогольных напитков осуществляется с целью повышения выхода сока, осветления и стабилизации соков,
без
Спиртные напитки и пивоварение
Производство спиртных напитков.Производство спиртных напитков из крахмалсодержащего сырья практикуется почти во всех странах мира. Основными видами сырья являются картофель и рожь
ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ ФЕРМЕНТЫ
В различных пищевых технологиях долгое время применялись лишь препараты свободных ферментов, срок использования которых — один производственный цикл. Однако достижения молекулярной биологии, биохим
ФЕРМЕНТАТИВНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Ферментативный анализ представляет собой один из основных аналитических инструментов в международной и отечественной практике научных исследований, современного производственного и сертификационног
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПИЩЕВЫХ ДОБАВКАХ
Пищевые добавки — природные, идентичные природным или искусственные (синтетические) вещества, сами по себе не употребляемые как пищевой продукт или обычный компонент пищи. Они преднамеренно добавля
Общие подходы к подбору технологических добавок
Эффективность применения пищевых добавок, особенно проявляющих технологические функции, требует создания технологии их подбора и внесения с учетом особенностей химического строения, функциональных
О безопасности пищевых добавок
Пищевые добавки, спектр применения которых непрерывно расширяется, выполняют разнообразные функции в пищевых технологиях и продуктах питания. Использование добавок возможно только после
ВЕЩЕСТВА, УЛУЧШАЮЩИЕ ВНЕШНИЙ ВИД ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Пищевые красители
Основной группой веществ, определяющих внешний вид продуктов питания, являются пищевые красители (функциональный класс 7, табл. 9.1).
Потребитель давно привык к
Цветокорректирующие материалы
В пищевой промышленности применяются соединения, изменяющие окраску продукта в результате взаимодействия с компонентами сырья и готовых продуктов. Среди них отбеливающие вещества — добавки, предотв
ВЕЩЕСТВА, ИЗМЕНЯЮЩИЕ СТРУКТУРУ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
К этой группе пищевых добавок могут быть отнесены вещества, используемые для создания необходимых или изменения существующих реологических свойств пищевых продуктов, т. е. добавки, регулирующие или
Эмульгаторы
В эту группу пищевых добавок (функциональный класс 9) входят вещества, которые, будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух
ВЕЩЕСТВА, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВКУС И АРОМАТ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
При оценке пищевых продуктов особое внимание потребитель уделяет их вкусу и аромату. Большую роль тут играют традиции, привычки, ощущение гармонии, которое возникает в организме человека при употре
Подслащивающие вещества
В пищевой промышленности, кулинарии, при приготовлении пищи в домашних условиях с давних времен широко применяются вещества, обладающие сладким вкусом, — подслащивающие вещества (подсластители). По
Ароматизаторы
Аромат пищевого продукта — интегральный фактор, обусловленный присутствием в нем сложной смеси органических соединений, содержавшихся ранее в сырье (I), образовавшихся под влиянием ряда факторов в
Пищевые добавки, усиливающие и модифицирующие вкус и аромат
Пищевые добавки, усиливающие и модифицирующие вкус и запах продуктов питания — функциональный класс 12 (табл. 9.1), включают соединения, усиливающие и модифицирующие вкус пищевых продуктов, и вещес
ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ, ЗАМЕДЛЯЮЩИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ И ОКИСЛИТЕЛЬНУЮ ПОРЧУ ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ И ГОТОВЫХ ПРОДУКТОВ
Порча пищевого сырья и готовых продуктов является результатом сложных физико-химических и микробиологических процессов: гидролитических, окислительных, развития микробиальной флоры. Они тесно связа
Консерванты
Консерванты — вещества, продлевающие срок хранения продуктов, защищая их от порчи, вызванной микроорганизмами (бактерии, плесневые грибы, дрожжи, среди которых могут быть патогенные и непатогенные
Антибиотики
Особую группу пищевых добавок, замедляющих порчу пищевых продуктов (мяса, рыбы, птицы, овощей и т. д.), составляют антибиотики. Антибиотики, разрешенные для применения с медицинскими целями, не доп
Пищевые антиокислители
К пищевым антиокислителям (антиоксидантам) относятся вещества, замедляющие окисление в первую очередь ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав липидов (функциональный класс 5). Этот класс пище
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ДОБАВКИ
Биологически активные добавки (БАД) или food supplements — природные (идентичные природным) биологически активные вещества, предназначенные для употребления одновременно с пищей или введения в сост
Физические свойства воды и льда
Вода имеет молекулярную массу примерно равную 18,02 и может существовать в состояниях жидкости, пара и льда, характеризующихся следующими показателями фазовых переходов:
Точ
Диаграмма состояния воды
Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами,
характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в систе
Строение молекулы и свойства воды
Аномальные свойства воды предполагают существование прочных сил между молекулами воды. Это можно объяснить уже при рассмотрении природы единичной молекулы воды, а затем и группы молекул. Шесть вале
Взаимодействие вода — растворенное вещество
При добавлении различных веществ к воде изменяются свойства как самого вещества, так и воды. Гидрофильные вещества взаимодействуют с водой путем ион-дипольного или диполь-дипольного механизма, вызы
Структура и свойства льда
Молекула воды, кристаллизуясь, может связывать четыре других молекулы воды в тетраэдрической конфигурации. Поэтому образующийся лед имеет гексагональную кристаллическую решетку. Структура льда была
СВОБОДНАЯ И СВЯЗАННАЯ ВЛАГА В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
Вода в пищевых продуктах играет, как уже отмечалось, важную роль, т. к. обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость п
АКТИВНОСТЬ ВОДЫ
Давно известно, что существует взаимосвязь (хотя и далеко не совершенная) между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения
Изотермы сорбции
Кривые, показывающие связь между содержанием влаги (масса воды, г Н2О/г С В) в пищевом продукте с активностью воды в нем при постоянной температуре, называются изотермами сорбции. Информ
Активность воды и стабильность пищевых продуктов
С учетом вышесказанного ясно, что стабильность пищевых продуктов и активность воды тесно связаны.
На рис. 10.8 показано отношение между aw и скоростью различных реакций, происхо
РОЛЬ ЛЬДА В ОБЕСПЕЧЕНИИ СТАБИЛЬНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается в большей степени от воздействия низкой темп
Определение общего содержания влаги
Высушивание до постоянной массы.Содержание влаги рассчитывают по разности массы образца до и после высушивания в сушильном шкафу при температуре 100 — 105°С. Это — стандартный мето
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ЗАГРЯЗНЕНИЯ СЫРЬЯ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Загрязнение продовольственного сырья и пищевых продуктов чужеродными веществами или ксенобиотиками напрямую зависит от степени загрязнения окружающей среды.
В результате хозяйственной деят
Меры токсичности веществ
Количественная характеристика токсичности веществ достаточно сложна и требует многостороннего подхода. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого ха
Токсичные элементы
Токсичные элементы (в частности, некоторые тяжелые металлы) составляют обширную и весьма опасную в токсикологическом отношении группу веществ. Обычно рассматривают 14 элементов: Hg, Pb, Cd, As, Sb,
Радиоактивное загрязнение
Источники радиоактивности, как и другие загрязнители, являются компонентами пищевых цепей: атмосфера-ветер-дождь-почва-растения-животные-человек. Анализируя данные о взаимодействии радионуклидов с
Диоксины и диоксинподобные соединения
Диоксины - высокотоксичные соединения, обладающие мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствами. Они представляют реальную угрозу загрязнения пищевых продуктов, включая воду.
Полициклические ароматические углеводороды
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - насчитывают более 200 представителей, которые являются сильными канцерогенами.
К наиболее активным канцерогенам относят 3,4-бенз(а)пирен,
Загрязнения веществами, применяемыми в растениеводстве
Остатки сельскохозяйственных ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. В эту группу загрязнителей входят пестициды
Загрязнение веществами, применяемыми в животноводстве
С целью повышения продуктивности сельскохозяйственных животных, профилактики заболеваний, сохранения качества кормов в животноводстве широко применяются различные лекарственные и химические препара
ПРИРОДНЫЕ ТОКСИКАНТЫ
Природные токсины, не уступающие по канцерогенной активности антропогенным ксенобиотикам, из-за своей широкой распространенности и очень высокой степени нагрузки на организм человека представляют о
Микотоксины
Микотоксины (от греч. mukes - гриб и toxicon - яд) - это вторичные метаболиты микроскопических плесневых грибов, обладающие выраженными токсическими свойствами. Они не являются эссенциальны-ми для
Методы определения микотоксинов и контроль за загрязнением пищевых продуктов
Методы определения микотоксинов.Современные методы обнаружения и определения содержания микотоксинов в пищевых продуктах и кормах включают скрининг-методы, количественные аналитиче
АНТИАЛИМЕНТАРНЫЕ ФАКТОРЫ ПИТАНИЯ
Помимо чужеродных соединений, загрязняющих пищевые продукты, так называемых контаминантов-загрязнителей, и природных токсикантов, необходимо учитывать действие веществ, не обладающих общей
МЕТАБОЛИЗМ ЧУЖЕРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Механизм детоксикации ксенобиотиков - две фазы.Изучение метаболизма чужеродных соединений, превращений, которые они претерпевают, попадая в организм человека, важны, в первую очере
Фальсификация: аспект безопасности
С точки зрения безопасности продуктов питания значительную опасность могут представлять и некоторые виды фальсификации пищевых продуктов. Как правило, это виды ассортиментной фальсификации, которые
Генетически модифицированные продукты питания
Генетически модифицированные (трансгенные) продукты питания представляют особый интерес. Сообщения о генетически модифицированных растениях и полученных из них продуктах питания появились в начале
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХИМИИ ПИЩЕВЫХ ВЕЩЕСТВ
Продукты, употребляемые человеком в пищу в натуральном или переработанном виде (пищевые продукты), представляют собой сложные системы с единой внутренней структурой и общими физико-химическими свой
ПИТАНИЕ И ПИЩЕВАРЕНИЕ
Пищеварение является начальным этапом ассимиляции пищевых веществ, который состоит в превращении исходных пищевых структур сложного химического состава в компоненты, лишенные видовой специфичности,
Основные пищеварительные процессы
В общем случае физические и физико-химические изменения пищи заключаются в ее размельчении, перемешивании, набухании, частичном растворении, образовании суспензий и эмульсий; химические изменения с
Схемы процессов переваривания макронутриентов
Основными конечными продуктами гидролитического расщепления высокомолекулярных веществ, содержащихся в пище, являются мономеры. Каждый из трех видов макронутриентов имеет свою схему процесса перева
Метаболизм макронутриентов
Основными конечными продуктами гидролитического расщепления содержащихся в пище макронутриентов являются мономеры (сахара, аминокислоты, высшие жирные кислоты), которые, подвергаясь всасыванию на у
ТЕОРИИ И КОНЦЕПЦИИ ПИТАНИЯ
Формирование научных представлений о питании и роли пищевых веществ в процессах жизнедеятельности началось лишь в середине XIX в.
Первый принцип рационального питания
Пища для человеческого организма, прежде всего, является источником энергии. Именно при ее превращениях - окислении и распаде сложных веществ на более простые - происходит выделение энергии, необхо
Второй принцип рационального питания
В соответствии со вторым принципом рационального питания, должно быть обеспечено удовлетворение потребности организма в основных пищевых веществах, включающих источники энергии (белки, жиры, углево
Третий принцип рационального питания
Согласно третьему принципу рационального питания, принципиальным для нормального функционирования организма является не только какие продукты питания и в каком количестве потребляет человек, но и т
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ НОРМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
Согласно принципам рационального питания, чтобы сохранить здоровье на многие годы, человек должен поддерживать баланс энергии, потреблять разнообразный и сбалансированный рацион, соблюдать режим пи
ПИЩЕВОЙ РАЦИОН СОВРЕМЕННОГО ЧЕЛОВЕКА. ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Пищевой рацион современного человека, определяющий в итоге его здоровье, формируется на базе физиологических потребностей в энергии, макро- и микронутриентах с учетом трех принципов рационального п
КОНЦЕПЦИЯ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ И ПРОДУКТЫ
Концепция здорового (позитивного, функционального) питания была сформулирована в начале 80-х гг. в Японии, где приобрели большую популярность так называемые функциональные продукты (сокращенное наз
Новости и инфо для студентов