Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
оглавление
ЛЕКЦИЯ 1 ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ ВКУСОВЫХ ОЩУЩЕНИЙ. ЭВОЛЮЦИЯ ВКУСА.
Сладкое, соленое, кислое горькое – вот и все,что может распознать человеческий язык. Напервый взгляд, человеческий язык можетпоказаться примитивным органом в сравнении сдругими органами чувств человека: ухом, носом итем более глазом. Но все не так просто.
Эволюция вкуса:
Почему именно эти четыре вкуса оказались так важны для человека. Это становится понятным, если представить себе наших предков живущими в райскомуголке на берегу моря рядом с большим количеством плодоносящих растений. Вдревние времена таких мест, вероятно, было достаточно. Какова роль языка в этом мире?
Первая задача – распознать съедобный богатый углеводами (сладкий) объект.
Вторая задача – отличить спелый плод от неспелого (кислого).
Третья – отличить безопасный плод от вредного(горького).
Четвертая задача – отличить пригодную для питья пресную воду от вредной(соленой) морской воды.
Правильное решение этих задач достаточно для выживания вида. Это предположение согласуется с гипотезой о том, что именно обезьяны,обитавшие на берегах океанов и морей и начавшие заходить в воду, чтобыразнообразить свою пищу богатой белком морской живностью, первыми смогливстать на ноги, освободить руки и стать homosapiens.
Но достаточно ли всего четырех вкусовых ощущений (четырех хеморецепторов)для восприятия всего вкусового разнообразия мира? Да, достаточно. Например, для восприятия всего цветового разнообразия окружающегонас мира достаточно всего четырех видов фоторецепторов– колбочек и палочек – клеток с четырьмя типамифотоактивных пигментов.
Кстати, вкусовые хеморецепторы (почки) внешне напоминаютфоторецепторы – колбочки. Клетки, воспринимающие вкусовые раздражения, собраны во вкусовые луковицы размером около 70 микрометров, которые размещаются на вкусовых сосочках. У человека эти структуры расположены на языке. Количество вкусовых клеток во вкусовой луковице составляет от 30 до 80. Крупные сосочки у основания языка содержат до 500 вкусовых луковиц каждый, мелкие — напередней и боковых поверхностях языка — по несколько луковиц, а всего у человека несколько тысяч вкусовых луковиц.
Рисунок 1. Вкусовые рацепторы
В 1901 году впервые была опубликована карта расположения вкусовых рецепторов на языке: кончик чувствителен к сладости, задняя часть — к горечи, кислотность максимально ощущается боковыми точками языка, а соленость воспринимается примерно одинаково во всех точках. Существующие четыре типа сосочков располагаются на языке в соответствии с картой вкусовых рецепторов:
грибовидные находятся на кончике языка,
листовидные — на боковой поверхности,
желобковые — на передней части языка и
нитевидные, чувствительные не к вкусу, а лишь к температуре и механическому воздействию.
Вкусовые клетки живут не долго:всего 10 дней, после чего из базальных клеток формируются новые рецепторы. По аналогии с диаграммой четырехцветовой системы воспроизведения цветов CMYK систему воспроизведения вкусов тоже можно сделать CMYK, то есть составить из желтого – сладкого, красного – соленого, синего – кислого, и черного– горького вкусах. Вкусовые зоны на языке распложены именно в этом порядке. Кроме основных вкусовых «цветов» на этой диаграмме появляются разнообразные смесевые вкусы,объединенные в «цветовые» группы:зеленые, оранжевые, фиолетовые. Сочетание этих вкусов с «черным» (горьким) позволяет нам ощущать все прелести вкусной и здоровой пищи.
Рисунок 2. Диаграмма вкусовых ощущений
Кисло-сладкие вкусы (зелеными), характерныдля фруктов, овощей и кисломолочныхпродуктов.
Оранжевые солено-сладкие вкусы – мясные и рыбные блюда, а фиолетовыекисло-соленые – это маринады, сыры и хлеб. Наконец, вкусы могут быть компенсированы один другим, что делает их более приятными, например, чересчур кислый вкус можно улучшить сладким и наоборот. Можно сделать вывод, что и в этом природа добивается минимальными средствами максимального результата.
Отметим, что возможности вкусовых хеморецепторов языка сложнее, чем обычно считается. Деление поверхности языка на зоны чувствительности условно, разница между различными их видами рецепторов вкуса в том, что они быстрее реагируют на один из четырех вкусов. Они воспринимают и остальные, но с некоторым индукционным периодом. Именно инерционность вкусовых хеморецепторов является одной из причин послевкусия.
Не надо забывать, что к вкусу пищи надо привыкать, чтобы она стала «вкусной». Дети, как и древние предки человека, предпочитают сладкое. И только со временем их вкус, развиваясь, становится более разнообразным. Однако и не все взрослые люди могут есть такие восточные деликатесы, как «тухлые яйца» и жареные личинки шелкопряда.
Конечно, комплекс ощущений, возникающих при поедании пищи, не ограничивается только вкусовыми ощущениями. Так, большую роль в оценке качества еды играет осязание, и язык является очень чувствительным органом осязания. Мы различаем мягкую и твердую, холодную и горячую, жирную и постную пищу. Но это уже не химия, а физика процессов восприятия. Правда, холодящий эффект может достигаться воздействием ментола, а жгучий – воздействием этанола, капсаицина (действующее вещество красного перца) и пиперина (действующеевещество чёрного перца). Близкие к горькому вкусу терпкое и вяжущее ощущения связаны с взаимодействием дубильных веществ (например, танинов) на белки.
Не менее важное, чем вкус, значение имеет аромат и цвет пищи. Кстати, у рыб и других морских существ восприятие вкуса является дистанционным, как обоняние у земных существ. Чтобы понять, как важен запах пищи, достаточно во время еды зажать нос и закрыть глаза. Многие прекрасные продукты станут почти «безвкусными», а некоторые даже неприятными на вкус. Большинство приправ имеет горьковатый вкус, но это не имеет никакого значения, потому что их назначение –придавать пище аромат.
Так как же связана химия со вкусом? Основное требование к веществам, имеющим вкус - растворимость. Только в растворенном виде молекулы веществ могут проникать к окончаниям вкусовых нервов. Нерастворимые вещества безвкусны(однако существуют растворимые, но не имеющие вкуса вещества). А слюна является «активным» растворителем, так как содержит ферменты, обеспечивающие начало переваривания пищи уже во рту. Благодаря этому, например, крахмалосодержащиепродукты (хлеб) в результате гидролиза, если их пожевать, приобретают во рту сладкий вкус.
Физиология вкуса
Соленый вкус. Считается, что в чистом виде соленым вкусом обладает только одно единственное вещество - поваренная соль (хлорид натрия). Именно она является основным компонентом в составе солей, растворенных в воде морей и океанов. Из 3,5%минеральных солей содержащихся в морской воде 3% - это NaCl.
Для поваренной соли (NaCl) принята соленость, равная единице, это самое соленое вещество. Солезаменители обычно менее соленые, чем поваренная соль (например, хлорид калия имеет соленость, равную 0,6). Для возникновения соленого вкуса достаточно 0,25% хлорида натрия в пище. Однако попробуйте на вкус раствор соды (бикарбонат натрия) и поймете, что именно ион натрия (Na+) дает соленый вкус и в этом случае. Соленым является и сульфат натрия.
Многие другие соли имеют горький («английская» соль - сульфат магния MgSO4) или кислый привкус (результат их гидролиза). А соли свинца (ацетат свинца Pb(CH3COO)2– свинцовый сахар) и бериллия (хлорид бериллия BeCl2) могут иметь сладковатый вкус. Имеется мнение, что сладким является и более сильный яд – цианид калия (KCN).
Поэтому в основных диетических «солезаменителях» хлорид натрия замещается хлоридами калия и кальция.
Поваренная соль улучшает вкус пищи, регулирует содержание воды в тканях организма, участвует в образовании соляной кислоты желудочного сока. Именно обмен ионов щелочных металлов обеспечивают передачу сигналов между нейронами. Потребность в хлористом натрии у взрослых составляет 10-15 г (в условиях жаркогоклимата она повышается до 25-30 г в сутки). За счет поваренной соли в организм поступают основные количества натрия и хлора, играющих важную и многообразнуюроль в обмене веществ. И даже физиологический раствор – это раствор хлорида натрия в дистиллированной воде.
Рецепторами соленого вкуса являются ионные натриевые каналы ENaC. ENaCs являются не только потенциал-зависимыми каналами, они регулируются амилоридом и гормоном коры надпочечников альдостероном, которые блокируют их. Протоны H+ также могут диффундировать через эти каналы, хотя и более медленно, чем Na+. Этот факт объясняет, почему при большихконцентрациях кислый и соленый вкусы иногда довольно непросто различить. Увеличение в растворе концентрации ионов щелочных металлов, например Na+, приводит к деполяризации мембраны рецепторной клетки. Ионы натрия проходят через ионные каналы по градиенту, вызывая деполяризацию мембраны. В результате открываются потенциал-зависимые кальциевые каналы, что приводит к увеличению концентрации ионов кальция вклетке. Увеличение концентрации Ca2+ приводит к выделению медиатора, которым уданных клеток служит АТФ, в синаптическую щель.
Рисунок 4. Рецептор соленого вкуса
Кислый вкус. Как уже было отмечено, кислый вкус является результатом воздействия на рецепторы иона водорода. То есть кислый вкус можно связать с рН пищи. Отметим, что норма рН слюны близка к нейтральному значению рН=6,8-7,4, поэтому язык может ощущать во рту более или менее кислые зоны (кислотность желудочного сока близка к 1). Если у продукта рН<7, мы ощущаем кислый вкус. При рН>7 мы ощущаем щелочной или «мыльный» вкус.
Механизм восприятия кислого аналогичен механизму восприятия соленого. Так как кислый вкус зависит от концентрации ионов водорода, он может возникать при диссоциации воды в момент прохождения электрического тока через слюну (так проверяют «свежесть» электрических батареек). Однако не все так просто, не все кислоты обладают кислым вкусом: например, пикриновая кислота имеет горький вкус. В растворах не все кислоты в равной степени диссоциируют на водородные ионы и анионы. Если бы только ионы водорода были ответственны за кислый вкус, то тогда по величине активной кислотности (рН) можно было бы предсказать интенсивность кислого вкуса, но при одинаковой величине рН слабые органические кислоты (например, уксусная) имеют более кислый вкус, чем сильные кислоты, например, соляная. Именно уксусная кислота принята за эталон кислоговкуса. Установлено, что он начинает ощущаться уже при 0,001% уксусной кислоты в пище.
Горький вкус. Горький вкус имеют неорганические и органические соединения разной природы (магний сернокислый, кофеин). Однако в пище он связан с наличием алкалоидов – стрихнина, хинина, никотина и кокаина. Вкус всех чисто горьких веществ воспринимается человеком совершенно одинаково. Если же уравнять интенсивность ощущения, взяв перечисленные растворы в сопоставимых концентрациях, то они становятся неразличимыми. Горечь, как и сладость, воспринимается с помощью специальных G-белков. Исторически горький вкус ассоциировался с неприятным ощущением, и, возможно, с опасностью некоторых растительных продуктов для здоровья. Действительно, большинство растительных алкалоидов одновременно токсичны и горьки, и эволюционная биология имеет основания к такому заключению. Поэтому наши вкусовые рецепторы оченьчувствительны к горькому.
Рисунок 5. Хинин
Так, эталон горечи – хинин при разведении 1 части на 100000 частей воды еще ощутим на вкус (самое горькое вещество - денатониум, в 1000 раз более горький, чем хинин),тогда как сладкие, кислые и соленые вещества при неизмеримо большей концентрации делаются незаметными. Однако полное отсутствие горького вкуса в пище нежелательно. Горечь вызывает поступление пищеварительных соков в пищеварительную систему из желудка, печени, поджелудочной железы, двенадцатиперстной кишки, что, в свою очередь, повышает аппетит, стимулирует пищеварение и усвоение пищи. Естьдоказательства того, что воздействие горького вкуса, активизируя все физиологические механизмы, имеет выраженный антидепрессантный психологический эффект, мягко положительно воздействуя на общее настроение.
За восприятие горького вкуса отвечают T2R(рецепторы). Семейство рецепторов,ощущающих горький вкус, было открыто лишь в 2000 году. Молекула GPCR рецептора, изображенная на рисунке, относятся к семейству связанных с G-белком трансмембранных рецепторов (GPCR). Как и большинство представителей этого семейства, молекулаT2R семь раз «пронизывает» клеточную мембрану. Длина белка T2R - около 300 аминокислот. Связывание «горького»гликозида с рецептором активирует его. Он, в свою очередь, активирует G-белок,катализируя обмен ГДФ на ГТФ так далее.
Каковы же природные носители горечи пищи –гликозиды? В растенияхгликозиды играют роль своеобразных регуляторов многих химических процессов превращения веществ. Их горький или жгучий вкус предохраняет растения от поедания животными. Гликозиды - это сложные вещества, состоящие из углевода (сахара), связанного с веществом (агликоном), которое может иметь самую разнообразную природу. Гликозиды легко расщепляются на углевод и агликон в присутствии воды и под влиянием ферментов, также находящихся в растениях.
Например, если растолочь семена горького миндаля, прибавив несколько капель воды, вскоре почувствуется тонкий горько- миндальный запах, а у сладкого миндаля запаха не будет. В сладком миндале гликозида нет. Горький миндаль содержит гликозид амигдалин, который в воде постепенно расщепляется на сахар и несахаристый агликон, определяющий ядовитые свойства амигдалина. Этот агликон состоит из летучего бензойного альдегида и летучей, сильно ядовитой синильной кислоты с характерным запахом «горького миндаля».
Такой же запах и по той же причине имеют ядра косточек вишни, черемухи, персика и некоторые другие. В состав некоторых гликозидов входит несколько (2-3) сахаров,тогда гликозид расщепляется постепенно: сначала отпадает одна молекула сахара и получается вторичный гликозид, имеющий несколько иные свойства, чем первичный;далее отщепляются вторая, третья молекулы до получения агликона. Гликозиды - основные действующие компоненты лекарственных растений. Именно агликоны определяют разнообразные лечебные свойства растений. Однако агликоны большей частью плохо растворимы в воде, поэтому плохо всасываются ворганизме и очень медленно и слабо проявляют свое действие. Напротив, неразложившиеся гликозиды обычно легко растворимы в воде и всасываются быстро,а потому более активны. Таким образом, сахарный компонент действует подобно «сопутствующим веществам».
Сладкий вкус.
Сладкий вкус присущ многим продуктам питания, ассоциируется с присутствием сахаров, но то же ощущение возникает от глицерина, некоторых белковых веществ,аминокислот. Одним из химических носителей «сладкого» являются гидроксогруппы в больших органических молекулах - сахарах, а также полиолах (полиспиртах) - сорбите, ксилите. При исследовании сладких веществ также было установлено, что несуществует несколько разных видов сладкого. Те или иные вещества могут обладать более или менее выраженным сладким вкусом, но если этот вкус только сладкий, то их растворы нельзя отличить один от другого. Чисто сладким вкусом обладает глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза.
Детекторы сладкого, как и горького - G-белки, расположенные во вкусовых сосочках. Используется система «вторичных посредников», конкретно ЦАМФ, связанная с H+-каналами, то есть рецепцией «кислого вкуса». Отличие восприятия сладкого заключается в том, что большинство рецепторов, воспринимающие сладкий вкус, являются комплексом рецепторов этого семейства: T1R2 и T1R3. Необходимо минимум 2 разных вида «рецепторов сладкого» для того, чтобы мозг ощутил «сладость».
Природные носители сладкого вкуса.
Сахароза или просто «сахар» является самым распространённым в природе дисахаридом, она встречается во многих фруктах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы (до 30% сухого вещества) в сахарной свекле и тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.
Рисунок 7. Сахароза
Свекловичный сахар или тростниковый сахар – это дисахарид состоящий из двух моносахаридов – α-глюкозы и β-фруктозы. Как и другие углеводы, она является легкоусвояемым источником энергии для живых организмов и вырабатывается растениями в процессе фотосинтеза. Сладкий вкус сахарозы принят за эталон сладкого. Он начинает ощущаться в пище при содержании 0,5-1,0% сахарозы. Но она не является самой сладкой даже среди натуральных (природных) подсластителей. Фруктоза (фруктовый сахар) почти в два раз слаще. А вот лактоза (молочный сахар) в 6 разуступает сахарозе в сладости.
Среди шестиатомных полиспиртов, имеющих сладкий вкус, наиболее широкое распространение получил сорбит. Он был открыт французским химиком Boussingaultв 1868 г. при исследовании ягод рябины. Наибольшее его количество обнаружено вягодах рябины и терна (от 0,5 до 10 %), а также боярышника (4,7-7,6 %) и кизильника(3,6-5,1 %). При созревании плодов содержание сорбита увеличивается, а при хранении он превращается во фруктозу. Кроме того, сорбит обнаружен в листьях какнизших, так и высших растений. Он является промежуточным продуктом при синтезе крахмала, целлюлозы, фруктозы, сорбозы и аскорбиновой кислоты.
Однако наиболее сладкие вещества были получены в результате синтеза. Одним из первых и наиболее известным синтетическим заменителем сахара является сахарин. Он был случайно открыт в 1879 году при исследовании окисления 2-толуолсульфонамида, которое проводил К. Фальберг. В 1884 Фальберг запатентовал способ получения сахарина и начал его промышленное производство. В отличие от сахара сахарин не усваивается организмом. В настоящее время вследствие канцерогенности его применение в пищевой промышленности запрещено. Бурное развитие химической промышленности привело к созданию многих новых синтетических подсластителей.
Рисунок 8. Сахарин
Жгучий и холодящий вкус.
Теперь о температурных рецепторах, которые также очень важны. Почему мята дает ощущение свежести, а перец жжет язык? Ментол, входящий в мяту, активирует рецептор TRPM8. Это катионный канал, открытый в 2002 году, начинает работать при падении температуры ниже 37оС — то есть он отвечает за формирование ощущение холода. Ментол снижает температурный порог активации TRPM8, поэтому, когда он попадает в рот, ощущение холода возникает при неизменной температуре окружающей среды. Капсаицин, один из компонентов жгучего перца, наоборот активирует рецепторы тепла TRPV1 — ионные каналы, близкие по структуре TRPM8. Но в отличие от холодовых, TRPV1 активируются при повышении температуры выше 37оС. Именно поэтому капсаицин вызывает ощущение жгучести. Пикантные вкусы других пряностей — корицы, горчицы, тмина — также распознаются температурными рецепторами. Кстати, температура пищи имеет огромное значение — вкус выражен максимально, когда она равна или чуть выше температуры полости рта.
Рисунок 9 Ментол
Рисунок 10 Капсаицин
Вкус умами.
Сейчас к этим четырем основным вкусам, официально добавили еще и пятый — вкус умами (от японского слова «умаи» — вкусный, приятный). Этот вкус характерен для белковых продуктов: мяса, рыбы и бульонов на их основе. В попытке выяснить химическую основу этого вкуса японский химик, профессор Токийского императорского университета Кикунаэ Икеда проанализировал химический состав морской водоросли Laminariajaponica, основного ингредиента японских супов с выраженным вкусом умами. В 1908 году он опубликовал работу о глутаминовой кислоте, как носителе вкуса умами. Позднее Икеда запатентовал технологию получения глутамата натрия, и компания «Адзиномото» начала его производство. Тем не менее, умами признали пятым фундаментальным вкусом только в 1980-х годах.
Рисунок 11 Глутаминовая кислота
Вкус умами вызывают аминокислоты и некоторые пептиды, он может служить интегральным показателем содержания белков в пище. У человека этот вкус, прежде всего, ассоциируется с присутствием глутаматов, то есть солей глутаминовой кислоты — одной из самых распространенных в природе аминокислот. Ее много в мясе, рыбе, грибах, сырах и других продуктах с высоким содержанием белков. Поэтому глутаматы используют как пищевые добавки, придающие еде приятный вкус. Специфическое свойство вкуса умами — синергизм, то есть существенное усиление вкуса в присутствии некоторых других веществ, например пуриновых 5'-рибонуклеотидов инозин- и гуанозинмонофосфатов. Возможно, причина в том, что свободные аминокислоты в природе практически не встречаются, но обычно присутствуют в сочетании с другими веществами. Это и привело к появлению рецептора, реагирующего и на другие компоненты пищи. В отличие от человека, который специфически чувствителен только к глутаматам, грызуны распознают с помощью гомологичного рецептора многие аминокислоты.
Обсуждаются сегодня и новые вкусы, пока не входящие в классификацию: например, металлический вкус (цинк, железо), вкус кальция, лакричный, вкус жира, вкус чистой воды. Ранее считалось, что «жирный вкус» — это просто специфическая текстура и запах, но исследования на грызунах, проведенные японскими учеными в 1997 году, показали, что их вкусовая система распознает и липиды.
ЛЕКЦИЯ 2 ПОДСЛАЩИВАЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА.
В пищевой промышленности, кулинарии, при приготовлении пищи в домашних условиях с давних времен широко применяли вещества, обладающие сладким вкусом, — подслащивающие вещества (подсластители). По строгому определению в этот раздел пищевых добавок вошли вещества несахарной природы, которые придают пищевым продуктам сладкий вкус, однако на практике в эту группу часто включают все сладкие добавки. Существуют различные их классификации: по происхождению (натуральные и искусственные), калорийности (высококалорийные, низкокалорийные, практически некалорийные), степени сладости (подсластители с высоким и низким сахарным эквивалентом), химическому составу и т. д.
Природные подсластители и сахаристые крахмалопродукты.
Первыми из сладких веществ, употребляемых человеком, были мед, соки и плоды растений. Основное сладкое вещество, используемое человеком, — сахароза.
Остановимся на известных с глубокой древности подслащивающих продуктах: меде, солодовом экстракте, а также лактозе.
Мед — продукт переработки цветочного нектара медоносных цветов пчелами. Мед содержит 75 % моно- и дисахаридов, в том числе около 40 % фруктозы, 35 % глюкозы и 2 % сахарозы, крахмала 5,5 %; из витаминов (мг на 100 г) С —2, В6 —0,10, фолацин— 15,00 (мкг), в незначительном количестве — В1, В2, В6; из микроэлементов (мкг), железо — 800, йод — 2,0, фтор — 100, остальные — в незначительном количестве; органических кислот 1,2 %. Состав, цвет, аромат меда во многом определяются растениями, с которыхбыл получен нектар пчелами. Мед с глубокой древности использовался и в питании, и в качестве лекарства. Сегодня мед применяется в кондитерской и хлебопекарной промышленности, при изготовлении напитков, непосредственно в пищу.
Лактоза — молочный сахар Дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Используют в детском питании и для производства специальных кондитерских изделий, в медицине.
Солодовый экстракт — водная вытяжка из ячменного солода. Смесь, состоящая из моно- и олигосахаридов (глюкозы, фруктозы, мальтозы, сахарозы и др.), белков, минеральных веществ, ферментов Содержание сахарозы в нем достигает 5 %. Используется в кондитерской промышленности, при производстве продуктов детского питания.
В пищевой промышленности для придания продуктам сладкого вкуса используют разнообразные сахаристые крахмалопродукты, получаемые путем гидролиза крахмала (частичного или полного), иногда с последующей модификацией отдельных компонентов гидролиза К первой группе относятся продукты частичного гидролиза — крахмальные патоки:
Также мальтодекстрины, а ко второй группе — продукты полного гидролиза крахмала с возможной их модификацией. Они включают:
Все большее распространение получают сахаристые продукты, вырабатываемые непосредственно из зернового сырья без выделения крахмала (зерновые сиропы, сладкие углеводные добавки).
Значительный рост производства сахаристых крахмалопродуктов, особенно глюкозофруктозных сиропов, связан с их сладким вкусом, хорошей усвояемостью и экономической выгодой. Следует также помнить, что в пищевых продуктах они одновременно выполняют функции структурообразователей, наполнителей, источников сухих веществ, а многие и консервантов.
Подсластители и сахарозаменители
В последнее время с учетом требований науки о питании получило интенсивное развитие производство низкокалорийных продуктов, продуктов для людей, страдающих рядом заболеваний (в первую очередь больных сахарным диабетом), что обусловило расширение выпуска заменителей сахарозы как природного происхождения (в нативном или модифицированном виде), так и синтетических, в том числе интенсивных подсластителей. Они могут обладать той же сладостью или быть более интенсивными подсластителями, отличаясь по сладости от сахарозы в сотни раз. Не имея глюкозного фрагмента, заменители сахарозы могут успешно использоваться при производстве продуктов питания и заменителей сахара для больных сахарным диабетом. Высокий коэффициент сладости (Ксл) позволяет, применяя их, производить низкокалорийныедешевые диетические продукты, полностью или частично лишенные легкоусвояемых углеводов.
В России разрешены 12 интенсивных подсластителей и заменителей сахара и стевия (порошок из листьев и сироп из них).
Интенсивные подсластители, за исключении специально оговоренных, нельзя применять в продуктах для детского питания.
В то же время необходимо отметить, что исключение сахарозы из рецептур мучных кондитерских изделий в технологическом отношении является часто сложной задачей, так как она не только выполняет роль подсластителя, но и влияет на структурно-механические свойства тестовой заготовки, является пластификатором, ограничивает набухаемость белков муки, влияет на органолептические показатели готовой продукции.
Рассмотрение отдельных подсластителей начнем с природных продуктов, в том числе содержащих белок. Внимание к последним возросло с 60-х годов XX в. из-за их высокой сладости, низкой калорийности и возможной безопасности. Остановимся только на отдельных представителях этой группы.
Миракулин. Гликопротеид, белковый компонент, построен из 373 остатков 18 аминокислот; углеводный компонент содержит остатки глюкозы, фруктозы, арабинозы, ксилозы и других моноз. Источник получения — плоды африканского растения Richazdelladulcifia. Термостабилен при рН 3—12.
Монелин. Белок, построенный из двух полипептидных цепей, содержащих соответственно 50 и 44 остатка аминокислот. Источник — ягода Dioscoreophyllumcumminsii (Африка). В 1500—3000 раз слаще сахарозы. Стабилен при рН 2—9. При нагревании, особенно при других значениях рН, неустойчив и теряет сладкий вкус.
Тауматин (Е957). Подсластитель, усилитель вкуса и аромата. Белковый продукт, выделенный из плодов Thaumatococusdanielli —- растения, произрастающего в Западной Африке. Самое сладкое из известных природных веществ. Слаще сахарозы в 1600—2500 раз. Определяющим фактором сладкого вкуса служит четвертичная структура белка. Влияние температуры на степень сладости белка неоднозначно и зависит от рН среды, наличия солей и кислорода. Очень сильное влияние на степень сладости тауматинов оказывает присутствие в его молекуле ионов алюминия. Ионный аддукттаумин-алюминий обладает сладостью, в 3500 раз превышающей сладость сахарозы, Ксл=3500.
Сладкий вкус тауматина ощущается с некоторым запозданием, но остается надолго. При использовании тауматина для выпечки и жарения его сладость ослабевает, но эффект, усиливающий аромат, остается без изменения.
Стевиозид. Сладкий кристаллический гликозид, выделяемый из листьев растения Steviarebaudiana (Парагвай, Китай, Япония, Корея). Хорошо растворим в воде, Ксл = 300. Термолабилен. Небольшие количества вызывают ощущение приятного сладкого вкуса, в больших количествах обладает горьким вкусом. Химическая природа стевиозида представлена ниже.
Стевиозид
R1 - β-D-глюкопиранозил; R2 - β-D-сафорозил.
Лист и стебли растения Steviarebaudiana используют в технологии получения мучных кондитерских изделий, мармелада, желейных и сбивных конфет.
Глицирризин (Е958). Подсластитель, усилитель вкуса и аромата (сладкое вещество лакрицы). Одно из самых древних природных подслащивающих веществ в Европе. Получают из корней сладкого дерева, произрастающего на юге Европы и в Средней Азии. Корень содержит 6—14 % глицирризина, крахмал, сахара, белок, флавоны и соли. Основной сладкий компонент — глицирризиновая кислота [гликозид тритерпенглициретиновой кислоты, связанной с О- β -D-глюкуроно-зил-(1,2)- β -D-глюкуроновой кислотой].
Глицирризин (Е958)
Глицирризин (глицирризиновая кислота) — бесцветное кристаллическое вещество, нерастворимое в холодной, но хорошо растворимое в горячей воде и этиловом спирте. Выделяется после обработки этиловым спиртом или уксусной кислотой в виде глицирризиновой кислоты, калиевых или аммониевых солей.
Глицирризин в 50—100 раз слаще сахарозы (Ксл = 50—100), но не имеет ярко выраженного сладкого вкуса, обладает специфическим привкусом и длительным послевкусием (лакричный вкус) и запахом. В присутствии сахарозы проявляет синергический эффект. Экстракты из корней сладкого дерева применяются в кондитерской и табачной промышленности.
Неогесперидиндигидрохалкон (Е959). Подсластитель из кожуры цитрусовых. Получают модификацией нарингина, выделенного из кожуры грейпфрутов. Ограниченно растворим в воде, хорошо — в спирте. Высокая степень сладости (Ксл = 1800—2500) неогесперидиндигидрохалкона позволяет использовать его в значительно меньших количествах, чем остальные подслащивающие вещества, применять с другими подслащивающими веществами; при этом его подслащивающая способность значительно возрастает
Неогесперидиндигидрохалхон (Е959)
Он менее токсичен, чем некоторые синтетические подсластители (сахарин и цикломаты), и рекомендуется для применения в смеси с другими подсластителями. Применяется при производстве алкогольных налитков (50 мг/кг), жевательной резинки (20 мг/кг).
Синтетические (интенсивные) подсластители
Ацесульфам калия (Е950). Другое его название — Сунетт. Ацесуль-фам калия относится к группе оксатиацинондиоксидов, синтезированных в 1973 г. Клаусом и Йенсеном. Кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, термически и химически устойчивое соединение
Ацесульфам калия нетоксичен, неканцерогенен, не обнаружены его мутагенное и тератогенное действия. Не усваивается организмом человека, не накапливается и выводится с мочой даже при многократном применении в первоначальной форме. ДОС — 15 мг/кг массы тела человека. Ксл = 200. Применяется при производстве кондитерских изделий, безалкогольных напитков, диетических хлебобулочных изделий, мороженого. Максимальная концентрация в зависимости от вида пищевого продукта колеблется от 200 до 800 мг/кг готовой продукции.
Аспартам (Е951). Один из наиболее рекламируемых в последнее время подсластителей. Дипептид — соединение, молекула которого состоит из двух остатков аминокислот. Синонимы: Нутрасвит, Сладекс. Открыт Джеймсом Шлаттером в 1965 г.
Аспартам, метиловый эфир L-α-аспартил-L-фенилаланина (Е951)
В состав аспартама входят остатки аспарагиновой кислоты и фенилаланина. Ксл = 200. Усилитель вкуса и аромата. В процессе получения пищевых продуктов (в присутствии влаги и при температуре 150°С) аспартам частично превращается в дикетопиперазин. Тщательная проверка на токсичность и канцерогенность установила его безвредность. Учитывая, что аспартам содержит остаток аминокислоты фенилаланина, он противопоказан больным фенилкетонурией. Не способствует развитию кариеса зубов. ДСД — 40 мг/кг массы тела. Он удобен для подслащивания пищевых продуктов (например, кремов, мороженого), сырье которых не требует тепловой обработки, напитков, соков, а также продуктов лечебного назначения.
В продуктах, при получении которых сырье подвергается тепловой обработке, а готовый продукт — длительному хранению, его применение нецелесообразно из-за снижения степени сладости.
Цикламовая кислота и ее натриевая, калиевая и кальциевая соли — цикламаты (Е952).
Соединения с приятным вкусом, без привкуса горечи, стабильны при варке, выпечке, хорошо растворимы в воде. Сладость в 30 раз выше, чем у сахарозы. Ксл = 30. Применяется в кондитерской промышленности, при производстве напитков и некоторых других пищевых продуктов. ДСД — 11 мг/кг массы тела человека (в пересчете на цикламовую кислоту).
Цикламат натрия (Е952)
Соединения с приятным вкусом, без привкуса горечи, стабильны при варке, выпечке, хорошо растворимы в воде. Сладость в 30 раз выше, чем у сахарозы. Ксл = 30. Применяется в кондитерской промышленности, при производстве напитков и некоторых других пищевых продуктов. ДСД — 11 мг/кг массы тела человека (в пересчете на цикламовую кислоту).
Цикламаты относятся к подсластителям «старого» поколения, были открыты в 1937 г. Сведой и Одрисом в США. Улучшают вкус классического подсластителя сахарина (10 частей цикламата на 1 часть сахарина). Исследование острой и хронической токсичности цикламатов показали, что потенциальной токсичностью обладают метаболиты цикламатов — циклогексамины. Они образуются в результате бактериальной деятельности в тонком кишечнике, но лишь после того как кишечная микрофлора претерпела изменения, поэтому циклогексамины появляются лишь после более или менее длительного латентного периода. Лишь у очень небольшого количества людей могут быть обнаружены незамедлительные превращения. После продолжительной полемики о его безопасности цикламатразрешен для использования в продуктах питания, при этом подчеркивается необходимость дальнейшего изучения превращений цикламатов в организме.
Сахарин, его натриевая, калиевая и кальциевая соли (Е954). Из синтетических подсластителей значительное применение находят сахарин-орто-сульфамид бензойной кислоты (белое кристаллическое вещество с температурой плавления 228—229°С) и его натриевая, калиевая и кальциевая соли. Подсластитель «старого» поколения. Обладает горьковатым привкусом, это неудобство может быть устранено путем смешивания его с цикламатами.
Сахарин (Е954)
Слаще сахарозы в 300—500 раз. Ксл = 500. Обычно употребляется в виде солей, сладость которых в 500 раз выше сахарозы. Поэтому его дозировка может быть очень низкой. Сахарин быстро проходит через пищеварительный тракт, 98 % его выделяется с мочой, обладает слабым мочегонным действием. Временная ДСД — 5 мг/кг массы тела человека в пересчете на сахарин. Однако его безвредность требует дальнейшего изучения и ежедневное применение нежелательно. При варке, особенно при рН ниже 7, сахарин частично разлагается с отщеплением имидогруппы и образованием орто-сульфобензойной кислоты, имеющей неприятный привкус фенола. Стабилен при замораживании и нагревании. Используется при производстве пищевых продуктов для больных сахарным диабетом, напитков, жевательной резинки и т. д.
Сукралоза (трихлоргалактосахароза) (Е955). 1,6-Дихлор-(β-D-фруктофуранозил-4-дезокси-4-хлор-α-D-галактопиранозид.Интенсивный подсластитель «нового» поколения.Сладость сукралозы в 500—600 раз выше сахарозы, подсластитель устойчив к температуре и действию кислот.
Сукралоза (Е955)
(1,6-дихлор-β-D-фруктофуранозил-4-дезокси-4-хлор-α-D-галактопиранозид)
После многочисленных исследований признан безопасным для организма человека. ДСД — 15 мг/кг массы тела.
Сахарозаменители
Многоатомные спирты (полиолы) относятся к группе сахарозаме-нителей. Среди них широкое применение в качестве подсластителей (заменителей сахара) нашли полиолы ксилит (Е967), сорбит и лактит (Е966). Их иногда называют сахарными спиртами.
Ксилит (Е967) и сорбит (Е420).Влагоудерживающие агенты, стабилизаторы, обладают эмульсионными свойствами, оказывают положительное влияние на состояние зубов, увеличивают выделение желудочного сока и желчи. Сорбит и ксилит обладают энергетической ценностью 2,4 ккал/г (энергетическая ценность сахарозы 4 ккал/г). Сладость ксилита и сорбита по сравнению с сахарозой равна соответственно 0,85 и 0,6. Они практически полностью усваиваются организмом и не оказывают влияние на процентное содержание сахара в крови. Применяются в кондитерской промышленности, хлебопечении, при производстве безалкогольных газированных напитков и других продуктов диетического и диабетического назначения. Сорбит часто относят не к пищевым добавкам, а к новым видам пищевых продуктов.
Лактит (Е966). Подсластитель, текстуратор. Многоатомный спирт, полученный гидрированием природного молочного сахара — лактозы. Сладость лактата составляет 40 % сладости сахарозы. Хорошо растворим в воде. Обладает чистым сладким вкусом и не оставляет привкуса во рту. Обладает в два раза меньшей калорийностью, чем сахароза, не вызывает кариеса зубов, может применяться при питании больных сахарным диабетом. По своим физико-химическим свойствам он близок к сахарозе и не требует каких-либо изменений при использовании в производстве мучных изделий.
На этикетки препаратов, содержащих многоатомные спирты (сорбит, ксилит и др.), следует наносить предупреждающую надпись: «Потребление более 15—20 г может вызвать послабляющее действие».
В последнее время все большее внимание уделяется смесевым подсластителям, представляющим собой смеси различных подсластителей. При составлении смесей учитываются: сладость смеси, возможное улучшение вкуса, продолжительность ощущения сладости, синергический эффект, технологические характеристики, количество заменяемого сахара (полное или частичное), цена смеси.
Количество этих вариантов непрерывно растет, при этом их авторы и производители стараются дать конкретные рекомендации по применению смесей подсластителей для отдельных видов пищевых продуктов.
Производство подсластителей, их ассортимент, в том числе смесей подсластителей, ассортимент продуктов с их использованием непрерывно расширяются. Например, в 1990—1998 гг. он вырос на 46 %. Это связано с тенденциями здорового питания (низкокалорийные продукты), нуждами больных сахарным диабетом, экономическими причинами. Продолжаются поиски новых подсластителей.
ЛЕКЦИЯ 3 ПРЯНОСТИ И ДРУГИЕ ВКУСОВЫЕ ДОБАВКИ. ВЕЩЕСТВА УСИЛИВАЮЩИЕ ВКУС ПРОДУКТОВ.
К пряностям и другим вкусовым добавкам относятся вещества, компонентами которых являются соединения, влияющие и улучшающие вкус и аромат пищи (перец, лавровый лист, гвоздика, корица) и приправы (горчица, хрен, поваренная соль). В торговле их делят на несколько групп, в том числе пряности, приправы и т. д.
Пряности. К пряностям относятся растительные продукты, отличающиеся своеобразием вкусовых и ароматических свойств, обусловленных присутствием в них эфирных масел, гликозидов, алкалоидов и некоторых других соединений. Пряности добавляли в пищевые продукты издавна для придания им аромата, остроты вкуса, особых вкусовых ощущений, иногда для «исправления» запаха пищи. Использование пряностей не только улучшает органолептические свойства пищи, но и повышает ее усвоение организмом. В качестве пряностей обычно употребляют высушенные, а иногда и размолотые части растений, в которых в наибольшей степени накапливаются вещества, обладающие сильным вкусом и ароматом. В соответствии с научным определением пряности — это не пищевые добавки, но они нашли широкое применение в питании, при производстве продуктов питания, в домашней кулинарии.
В настоящее время известно более 150 видов пряностей, но наиболее широко в качестве вкусовых веществ применяется около 40. В зависимости от того, какую часть растения используют в пишу, их делят на несколько групп:
1. Семенные: горчица, мускатный орех, кардамон.
2. Плодовые: анис, бадьян, тмин, кориандр, кардамон, перец, ваниль, укроп, фенхель, перец красный стручковый (стручки).
3. Цветочные: гвоздика, шафран.
4. Листовые: лавровый лист, донник (цветы и листья), мята перечная.
5. Корковые: корица китайская и цейлонская.
6. Корневые: имбирь, дягиль, куркума, зеодария, калган, петрушка.
7. Трава: майоран, душица, укроп, петрушка, полынь, эстрагон.
Значительная часть пряностей, используемых в промышленности и кулинарии, поступает в Россию по импорту. Однако немалое их количество является отечественным.
Остановимся на некоторых видах пряностей подробнее.
Перец. В пищевой промышленности используют несколько видов перца: перец черный, душистый, красный (паприка), белый. Его особый вкус и аромат связаны с присутствием алкалоида пиперина (до 9 %) и эфирных масел.
Пиперин
Черный перец отличается сильным пряным жгучим вкусом. В продажу поступает в виде целых зерен (горошком) или в виде порошка. Используется при производстве колбасы, мясных и рыбных консервов, в кулинарии.
Душистый перец получают высушиванием недозрелых плодов тропического растения из семейства миртовых. Обладает приятным ароматом и повышенным содержанием эфирных масел (до 5 %). В продажу поступает в виде целых плодов — горошка.
Красный перец (паприка) получают помолом высушенных плодов красного перца. Жгучий вкус обусловлен наличием алкалоида капсаицина—до 1 %, цвет — наличием каротиноидов. Применяется в колбасном производстве, сыроделии и кулинарии.
Капсаицин
Имбирь черный. Высушенный и очищенный корень многолетнего растения из семейства имбирных. Различают черный имбирь — не очищенный от коры, и белый имбирь — освобожденный от коры. Приятный запах связан с наличием эфирного масла — до 3 %, а жгучий вкус обусловлен наличием цингиберена. В продажу поступает в виде корня и в измельченном виде. Используется в колбасном, ликероводочном производствах и кулинарии.
Цингиберин
Кардамон. Незрелые плоды вечнозеленого растения из семейства имбирных. Они отличаются приятным запахом и острожгучим вкусом. Содержание эфирных масел, включающих терпеновые и сесквитерпеновые спирты и ацетаты, до 5 %. В продажу поступает в виде целых плодов или в дробленом виде. Применяется в кондитерском, ликероводочном производствах и кулинарии.
Терпинеол
Гвоздика. Высушенные нераскрывшиеся цветочные почки вечнозеленого гвоздичного дерева. Обладает приятным запахом. Содержание эфирных масел достигает 65—90 % (эвгенол, эвгенол ацетат). Поступает в продажу в виде целых почек или порошка. Применяется в кондитерском, хлебопекарном, ликероводочном, консервном производствах, а также в кулинарии.
Эвгенол
Мускатный орех. Плоды мускатного дерева. Обладает сильным, жгучеприятным ароматом. В составе эфирных масел содержится до 80 % монотерпеновых углеводородов. Применяется в кондитерском и ликероводочном производствах.
Элемицин
Миристицин
Корица. Высушенная кора или молодые побеги вечнозеленого коричного дерева. Различают разновидности цейлонского и китайского происхождения. Аромат корицы связан с присутствием коричного альдегида. Применяется в производстве мучных кондитерских изделий, напитков, консервов, в кулинарии.
Коричный альдегид
Ваниль. Высушенные, подвергнутые ферментации незрелые плоды тропической орхидеи. Основное ароматобразующее вещество — ванилин. В настоящее время ванилин получают синтетическим путем. Ваниль и ванилин применяют в кондитерском, хлебопекарном, ликероводочном производствах, при получении молочных и других пищевых продуктов.
Ванилин
Анис. Зрелые плоды однолетнего травянистого растения. Сильный запах связан с основным компонентом, содержащимся в эфирном масле, — анетоле. Анис применяется в хлебопечении, кондитерской и ликероводочной промышленности, а также в кулинарии.
Анетол
Тмин. Плоды двулетнего пряного растения. Аромат и вкус высушенных плодов тмина связаны с содержанием и составом эфирных масел. Основные компоненты — карвон, лимонен. Применяется при консервировании, засолке и квашении овощей, в хлебопечении, сыроделии, при производстве кондитерских и ликероводочных изделий.
Лимонен Карвон
Укроп. Растение семейства зонтичных. Особый аромат связан с составом эфирных масел (лимонен, карвон, фелантрен, терпинен).Укроп богат белком, солями калия, магния, кальция и железа. Применяется в качестве приправы к пище, при консервировании.
Кориандр. Плоды однолетних растений из семейства зонтичных. Аромат и вкус плодам придают эфирные масла. Основной компонент — лимонен. Используется в кулинарии для приготовления мясных блюд.
Петрушка. Представитель пряных овощей. Эфирные масла, содержащиеся в листьях и корнях, придают ей характерные вкусовые и ароматические качества. Применяется в кулинарии.
Лавровый лист. Высушенные листья вечнозеленого лавра благородного. Лучшие листья — осеннего сбора, высушенные в тени. Особый вкус и аромат придают эфирные масла (до 5 %), основной компонент — цинеол. Применяют в консервной промышленности, кулинарии.
Цинеол
Эстрагон (тархун). Травянистое растение, разновидность полыни. Листья, побеги обладают приятным пряным запахом. Применяется в высушенном и свежем виде для изготовления соусов, приправ и маринадов. Используется в ликероводочной промышленности, для получения безалкогольных напитков и сиропов.
Горчица. Широко распространенная приправа. Основой для приготовления служит горчичный порошок, получаемый из семян различных видов горчицы (черная, белая, сарепская). Важнейшие компоненты, определяющие вкус, — гликозиды синигрин и сипальбин. Под действием ферментов образуется аллиловое эфирное горчичное масло. Его смешивают с водой, солью, сахаром, уксусом и пряностями. Применяется для улучшения вкуса и аромата пиши.
Синигрин
Синальбин
Хрен столовый. Вкусовая добавка (приправа). Изготавливается из натертого корня хрена с добавлением соли, уксусной кислоты, сахара, иногда тертой свеклы. Температура хранения 10 "С. Острый вкус хрена связан с наличием в нем аллилового горчичного масла, образующегося при ферментативном гидролизе гликозида синигрина.
В последние годы значительное распространение получили смеси и экстракты пряностей.
Смеси пряностей. Состоят из различных комбинаций пряностей и предназначены для консервирования, использования в виде приправ. Состав их может сильно меняться в зависимости от использования.
Экстракты пряностей. Спиртовые или масляные растворы эфирных масел применяют в общественном питании, кулинарии, для приготовления соусов и т. д.
Следует также отметить, что отдельные пряности обладают фармакологической активностью, что широко используется в медицине.
Вещества модифицирующие или усиливающие вкус
Пищевые добавки, усиливающие и модифицирующие вкус и аромат продуктов питания, объединены в функциональный класс. В Российской Федерации разрешены к применению 22 таких соединения. (табл. 4.10), их иногда называют «оживители» вкуса.
К этой группе относится небольшое количество соединений, принадлежащих к нескольким основным группам: производные глутаминовой, гуаниловой, инозиновой кислот, рибонуклеотиды и производные мальтола. Внесение их в продукты питания или на стадии технологического процесса, или непосредственно в пищу перед ее употреблением восстанавливает природные вкусовые свойства продуктов, которые могли быть частично утрачены при их приготовлении или в ходе кулинарной обработки. Эти добавки как бы «оживляют», «освежают», придают новые ощущения при употреблении продуктов Отдельные из них, возможно, оказывают консервирующее действие. Рассмотрим некоторые из них подробнее.
Глутаминовая кислота (Е620) и ее соли. К солям относятся однозамещенныйглутамат натрия (Е621), однозамещенный глутамат калия (Е622), глутамат кальция (Е623), однозамещенный глутамат аммония (Е624), глутамат магния (Е625).
L-Глутаминоваякислота(Е620)
Глутамат натрия однозамешенный (Е621)
Глутаминовая кислота и ее соли, оказывая стимулирующее действие на окончание вкусовых нервов, усиливают вкусовые ощущения, в результате чего появляется ощущение удовлетворенности. Оно получило название «глутаминовый эффект». Стимулирующее действие глутаминовой кислоты и ее солей носит избирательный характер — в наибольшей степени усиливается горький и соленый вкус, в наименьшей — сладкий.
Глутаминовый эффект проявляется и в свежесобранных фруктах и овощах, свежем мясе и некоторых других продуктах, так как наличие в них даже небольших количеств глутаминовой кислоты и ее солей влияет на особенности их вкуса и аромата. Снижение содержания глутаминовой кислоты и ее производных при хранении свежих продуктов, в процессе их переработки, в том числе кулинарной обработки, сказывается на вкусе и аромате этих продуктов. Дополнительное внесение глутаминовой кислоты, особенно ее натриевой соли, частично восстанавливает этот вкус. Оптимальное влияние глутаминовой кислоты и ее солей проявляется в слабокислой среде (рН 5—6,5), при дальнейшем снижении рН среды глутаминовый эффект исчезает. Производные глутаминовой кислоты оказывают консервирующее действие, замедляя окисление жиров в продуктах животноводства, маргариновой продукции.
Глутаминовую кислоту и ее соли добавляют в концентраты и консервы, кулинарные изделия, готовые блюда. Суточное потребление 1,5 г, максимальный уровень в продуктах питания 10,0 мг/кг. Применение глутаминовой кислоты оказывает положительный эффект в клинической практике при лечении атеросклероза сосудов головного мозга. В продуктах детского питания ее применение недопустимо.
Гуаниловая кислота (Е626) и ее соли. К солям относятся 5'-гуанилат натрия двузамещенный (Е627); 5'-гуанилат калия двузамещенный (Е628); 5'-гуанилат кальция (Е629).
Гуаниловая кислота, 5'-гуанилат (Е626)
Гуаниловая кислота и ее соли оказывают значительно более сильное (в 200—250 раз) «вкусовое» влияние, чем производные глутаминовой кислоты, наиболее эффективен 5'-динатрий гуанилат Применяется при производстве консервов, приправ и пряностей. Максимальный уровень в продуктах 0,5 мг/кг в пересчете на гуаниловую кислоту.
Инозиновая кислота (Е630) и ее соли. К солям относятся 5'-инозинат натрия двузамещенный (Е631), инозинат калия (Е632); 5'-инозинат кальция (Е633). Обладают способностью усиливать и модифицировать вкус и аромат Действие солей напоминает эффект экстрактивных веществ продуктов, полученных из животного сырья.
Инозиновая кислота, 5'-инозинат (Е630)
Инозиновая кислота, ее соли обладают более сильным вкусовым эффектом, чем соли глутаминовой кислоты. Наиболее сильный глутаминовый эффект из производных инозиновой кислоты характерен для динатрий-5'-инозината (приблизительно в 45—50 раз) Максимальный уровень, допустимый в пищевых продуктах, 0,5 мг/кг в пересчете на инозиновую кислоту.
Способностью усиливать и модифицировать вкус и аромат пищевых продуктов обладают и рибонуклеотидьг 5'-рибонуклеотид кальция (Е634) и 5'- рибонуклеотид натрия двузамещенный (Е635)
Рассмотренные три группы модификаторов вкуса являются продуктами гидролиза нуклеиновых кислот, имеющих сложную химию, которая подробно изучается в курсе биохимии.
Мальтол (Е636), этилмальтол (Е637). Усилители вкуса и аромата, ароматизаторы.
Мальтол (Е636)
Мальтол— один из первых ароматизаторов, обнаруженных в хлебе. В настоящее время применяется в хлебопечении, мучных кондитерских изделиях. Мальтол и этилмальтол — в большей степени ароматизаторы, чем усилители и модификаторы вкуса.
Остальные соединения: глицин, L-лейцин, лизин и бензойная смола, находят пока ограниченное применение.
ЛЕКЦИЯ 4 ФИЗИОЛОГИЯ ВОСПРИЯТИЯ ЦВЕТОВЫХ ОЩУЩЕНИЙ. ТЕОРИЯ ЦВЕТНОСТИ.
Все цвета подразделяются на хроматические (окрашенные) и ахроматические (неокрашенные). К последним относится серый цвет, имеющий оттенки в диапазоне от белого до абсолютно черного. Серый цвет отсутствует в спектре и не может быть охарактеризован длиной волны электромагнитного спектра. Этот цвет определяется лишь показателем яркости.
Другие известные цвета относятся к хроматическим. На участке каждого спектрального цвета можно выделить несколько оттенков, которым соответствуют более узкие интервалы волн. Монохроматическому желтому цвету соответствует длина волны 579,6 нм, монохроматическому красному —712,1 нм.
Хроматический цвет можно получить также в результате композиции лучей трех спектральных цветов в определенных соотношениях. Например, лимон отражает одновременно зеленые, желтые и красные световые лучи, а глаз воспринимает лимон желтым. Смесь крайних цветов спектра — красного и фиолетового —в определенных соотношениях дает пурпурные цвета: малиновый, вишневый, лиловый, которые не являются цветами спектра, но имеют свои характеристики длины волны в интервале от 492 до 576 нм. Для характеристики воспринимаемого цвета используют следующие понятия: цветовой тон или оттенок, насыщенность, яркость или светлота.
Цветовой тон определяется длиной волны видимой части спектра. Насыщенность, или чистота цвета, описывается терминами слабый, сильный, бледный, тусклый, насыщенный и др.
При смешивании хроматического и ахроматического цветов цветовой тон или оттенок определяется хроматическим цветом, а насыщенность - ахроматическим. Серые тона различаются лишь по светлоте.
Яркость цвета характеризуют терминами темный, светлый, яркий, при этом имеется в виду его густота, не меняющая оттенка. Впечатление яркости зависит также от того, на каком фоне рассматривается объект.
Яркость освещения влияет на ощущение цвета. Например, при уменьшении освещенности желтый цвет может восприниматься как коричневый.
При хорошей тренированности глаза человека различают по цветовому тону от 100 до 200 цветов, по насыщенности — до 25, по яркости — до 65. При недостаточном освещении способность глаза различать цвета резко снижается.
Цветовое ощущение зависит от спектрального состава излучения: визуально воспринимаемые различия цветов могут либо усиливаться, либо ослабевать. При желтоватом освещении лампами накаливания, например, синие и зеленые цветовые тона труднее различить, чем красные и оранжевые.
Существует понятие константности восприятия, которое характеризует способность глаз правильно определять цвет независимо от меняющихся условий освещения. Поправка на освещенность проводится бессознательно. Цвет главным образом определяется природой вещества и в меньшей степени - спектральным составом света.
Восприятие цвета.
Восприятие цвета зависит от субъективных факторов: физиологических особенностей, возраста, квалификации, нарушения цветового зрения. Если в сетчатке глаза имеются генетические отклонения, например, отсутствуют фоторецепторы определенных участков спектра, то они не различают соответствующие цвета.
Примерно 10% людей имеют аномалии цветового зрения; среди них чаще встречаются люди, не различающие зеленый цвет, реже - красный, еще реже - синий цвет. Крайне редки случаи полной цветовой слепоты, когда объекты воспринимаются ахроматическими. Среди дальтоников преобладают мужчины.
Цветовосприятие осуществляется в сетчатке, расположенной на внутренней поверхности глазного яблока. В сетчатке имеются фоторецепторы - клетки в форме колбочек (около 130 млн) и палочек (около 7млн). Сигналы от светочувствительных элементов поступают в центральную нервную систему. Колбочковидные клетки дифференцированы в отношении спектральной чувствительности. Максимум чувствительности для глаза человека обнаружен в фиолетовой, зеленой и желтой областях спектра.
Согласно теории трихроматического цветового зрения (Т. Юнг и Г. Гельмгольц) все цвета и оттенки, воспринимаемые глазом, получаются за счет смешивания в разных соотношениях трех основных цветовых компонентов, к которым чувствительны три вида колбочковых фоторецепторов. Синие колбочковидные клетки возбуждаются при освещении монохроматическим светом длиной волны 445 —450 нм, соответствующей сине-фиолетовому цвету; зеленые колбочки чувствительны при длине волны 525 —535 нм, что соответствует зеленому цвету; желтые фоторецепторы возбуждаются лучами длиной волны 555 —570 нм, характерной для оранжевого цвета.
Колбочковидные фоторецепторы обладают большой разрешающей способностью, они чувствительны к цвету, значительно слабее чувствительны к свету. Для их нормального функционирования требуется хорошее освещение, предпочтительно естественное. Палочковидные клетки имеют небольшую разрешающую способность, нечувствительны к цвету, но очень чувствительны к свету. При слабом освещении функционирует лишь палочковый тип зрения, а цветовое зрение практически отсутствует.
При дневной достаточной интенсивности света максимальная чувствительность глаз находится в желто-красной области спектра, воспринимаемой желтыми колбочковидными фоторецепторами. При низкой интенсивности света глаза более чувствительны к зеленой области спектра.
Зависимость цветового зрения от освещенности впервые была открыта Я.Э.Пуркинье и сформулирована следующим образом: для различно окрашенных объектов соотношение их кажущейся яркости меняется в зависимости от освещенности. По мере ослабевания света голубые, синие и фиолетовые цвета кажутся ярче по сравнению с красными, оранжевыми и желтыми. Эффект Пуркинье объясняется смещением максимума чувствительности глаз из зоны 556 нм с дневным освещением в зону 510 нм со слабым освещением. При ярком освещении функционируют колбочковидные фоторецепторы, при слабом свете — палочковидные клетки.
Полагают, что существует от 7до 10 млн. цветовых различий. Словарный запас содержит несколько тысяч наименований, но лишь несколько десятков из них можно выразить отдельными словами, например красный, синий, зеленый, коричневый, вишневый и др. Несколько сотен названий цветов представляют собой словосочетания цвета, оттенка, насыщенности, яркости, например светло-зеленый, ярко-синий и т.д.
Для обозначения цвета используются либо специальные термины, например черный, белый, желтый, синий, либо ассоциируемые со знакомыми объектами: морковный, малиновый, розовый, изумрудный, золотистый, серебристый и др.
Цвета, создаваемые смешиванием пигментов, называют, комбинируя соответствующие термины: желто-коричневый, оранжево-желтый, желто-зеленый. В ряде случаев для характеристики соответствующего оттенка применяют названия знакомых предметов: соломенно-желтый, золотисто-желтый, медово-желтый, оливково-зеленый, изумрудно-зеленый, яблочно-зеленый.
Некоторые цвета обозначают словами иностранного происхождения. Например, термин оранжевый происходит от французского слова оранж, означающего апельсин, фиолетовый — от слова виолет (фиалка), лиловый - от лила (сирень).
Для стандартизации цветов обычно используют эталонные образцы. Но нередко проводились попытки замены этой системы шифрами или кодами с цифровым или буквенно-цифровым обозначением.
Цвет и его оттенки, насыщенность и яркость зависят также от поверхности объекта, которая может быть блестящей, гладкой, глянцевой, ровной или пористой, тусклой, матовой, шероховатой, что связано с равномерным или неравномерным рассеянием световых лучей поверхностью продукта.
ЛЕКЦИЯ 5 ХРОМОФОРНЫЕ И АУКСОХРОМНЫЕ ГРУППИРОВКИ
Теория цветности. Хромофорные и ауксохромные группировки.
Различного рода органические краски могут быть или веществами, окрашенными сами по себе, или же бесцветными и только при известных условиях образующими цветное соединение. Давно уже замечена связь между химическим строением органических веществ и их красящею способностью. Еще Гребэ и Либерманом было высказано, что красящая способность многих органических веществ обусловливается тесным сочетанием кислородных и азотных атомов, входящих в состав данного вещества. Нарушая эту связь введением в состав данного вещества водорода, цветное органическое вещество теряет свою окраску, превращается в так называемое «лейкосоединение». Лейкотела легко окисляются обратно кислородом воздуха в первоначальные цветные вещества.
Теория цветности возникла в связи с развитием химии синтетических органических красителей. О. Витт (Отто Николаус Витт — русский и немецкий химик-органик) предложил в 1876 г. т. н. хромофорную теорию, согласно которой за окраску органических соединений ответственны группы атомов, содержащие кратные связи, например -N=N-, -N=O. Эти группы были названы хромофорами (от греч. chroma - цвет и phorós -несущий).
Значительное влияние на окраску органических веществ, согласно хромофорной теории, имели группы -ОН, -SH, NH2-, C6H5O- и др., названные ауксохромами (от греч. auxo - увеличиваю).
В. А. Измаильский пришёл в 1915 к выводу, что истинное строение красителей описывается не классической структурной формулой, а отвечает некоторому промежуточному состоянию, названному позднее мезомерным. Для этого состояния характерна делокализация связей и зарядов атомов в молекуле. Особенно легко такая делокализация происходит в молекулах, содержащих систему сопряжённых связей в сочетании с расположенными на её концах электронодонорными и электроноакцепторными группами. Это сочетание, характерное практически для всех типов красителей, обусловливает как лёгкость поляризации молекул (вследствие смещения p-электронов по цепи сопряжения), так и перехода молекул в возбуждённое состояние. Первое определяет интенсивность поглощения света, второе - глубину окраски вещества.
Как правило, в природе встречаются пигменты, молекулы которых имеют один хромофорный и несколько ауксохромных фрагментов:
В соответствии с указанными положениями, чем длиннее цепь сопряжения в молекуле вещества, тем глубже его цвет. Так, даже в ряду углеводородов C6H5-(CH=CH) n-C6H5 lмакс возрастает от 306 нм (при n = 1) до 403 нм (при n = 5).
Молекулы соединений, цепь сопряжения которых завершается электронодонорными и электроноакцепторными группами, окрашены глубже.
Положение теории цветности о связи окраски вещества с возбуждением электронов приложимо не только к органическим соединениям, содержащим протяжённые системы сопряжённых связей, но и к др. типам окрашенных веществ. Так, для неорганических соединений появление окраски может быть связано с наличием сильно выраженной деформации электронных орбиталей; при этом основную роль играет поляризация анионов, увеличение деформируемости которых должно благоприятствовать возникновению цветности. Окраску некоторых типов неорганических веществ связывают, кроме того, с наличием в их молекулах атомов с вакантными орбиталями.
Для расчёта полос поглощения окрашенных химических соединений (исходя из их структурных формул) существуют квантовомеханические методы, которые во многих случаях дают результаты, совпадающие с экспериментом. Расчёты полос поглощения красителей, молекулы которых имеют сложное (особенно несимметричное) строение, пока трудно осуществимы.
Анализ структуры заместителей и пространственных факторов позволяет предвидеть их влияние на окраску соединений.
Введение в состав вещества хромофорной группы еще не обусловливает образование пигмента; таковой образуется только сочетанием какого-нибудь радикала, кроме хромофорной, также еще и с ауксохромовой группой, сообщающей данному веществу или кислотные, или щелочные свойства, благодаря которым вещество приобретает способность давать солеподобные соединения. Наиболее важными ауксохромовыми группами являются: карбоксил COOH, гидроксил ОН, сульфогруппа SO3H и амидогруппа NH2. Как сульфогруппа, так и карбоксильная группа придают данному веществу кислый характер и обусловливают способность его растворяться в воде и давать соли с веществами основного характера. Введение амидогруппы придает веществу щелочной характер. В зависимости от входящих в пигменты этих так называемых солеобразующих групп пигменты и делятся на щелочные и кислые.
ЛЕКЦИЯ 6 ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА И РАЗНООБРАЗИЕ ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ.
Природа веществ, обусловливающих окраску продуктов
Пищевые красители, применяемые в разных странах, подразделяются на три группы:
Натуральные красители.
Окраска растительных продуктов обусловлена следующими пигментами: хлорофиллом, каротиноидами и флавоноидами (антоцианами). Эти соединения избирательно поглощают свет в видимой части спектра и придают веществу соответствующую окраску.
Самыми распространенными растительными пигментами зеленого цвета являются хлорофиллы. По сравнению с другими пигментами число хлорофиллов не очень велико, но зато они есть везде и в большом количестве. Так, концентрация этих пигментов в листьях дуба составляет около 0,3% (с учетом массы влаги), в листьях клена – 0,5%, а в листьях дерева какао – до 0,8%.
Чаще всего в научной литературе встречается информация о четырех зеленых пигментах класса хлорофиллов. Самый распространенный хлорофилл a характерен абсолютно для всех видов фотосинтезирующих растений. Хлорофилл b присутствует в листьях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d. Значительно реже встречаются в природе протохлорофиллы и хлорофиллиды. Зеленый цвет всех перечисленных пигментов обусловлен наличием в их молекулах ажурных порфиринового и 7,8-дигидропорфиринового циклов, связанных с ионом магния (рис. 4).
Рис. 4. Фрагмент молекулы, одинаковый у всех хлорофильных пигментов. Буквой R отмечены участки, имеющие у хлорофиллов a, b, c, d различное строение. Ажурное кружево атомов, выделенное черным цветом – 7,8-дигидропорфирин, характерно также для родственных хлорофиллу пигментов – хлоринов, феофорбидов, феофитинров.
Хлорофиллы.
Зеленый пигмент хлорофилл состоит из двух соединений: сине-зеленого хлорофилла а(С55Н72О5N4Mg)и желто-зеленого хлорофилла б(С55Н7ОО6N4Mg), которые различаются по степени окисленности и оптическим свойствам. Оба соединения представляют собой магниевые соли тетрапиррола. Хлорофилл а более устойчив к воздействию теплоты, чем хлорофилл б. Хлорофилл и его производные вырабатывают из хвои, листьев крапивы, другого растительного сырья. Зеленый краситель применяют для окрашивания ликеров, эссенций, безалкогольных напитков, а также кондитерских изделий. Хлорофилл при термической обработке продуктов нестоек.
В случае потери иона металла хлорофиллы превращаются в другие порфириновые пигменты – феофорбиды, хлорины, феофитины и т. д. Все они имеют разные оттенки зеленого цвета.
Молекулы хлорофиллов имеют довольно сложное строение. Так, синтез хлорофилла a, осуществленный в 1960 году М. Штреллем и Р. Вудвортом, насчитывал около 30 стадий и являлся в то время вершиной искусства органического синтеза. Растения синтезируют хлорофиллы в меньшее число стадий при нормальных условиях, и почти не заботятся о сохранности этих шедевров синтетического искусства. На смену разложившимся молекулам пигментов тут же образуются новые. В результате у проростков овса за трое суток обновляется почти 95% хлорофиллов, у 25-дневных растений – 60%, у растений в стадии колошения – около 40%. Скорости синтеза и распада хлорофиллов, зависят от вида растения, а также от условий, в которых оно находится. У многих известных нам растений при понижении продолжительности светового дня синтез порфириновых пигментов прекращается, и на листьях проявляются цвета красных антоцианов, желтых флавонолов, а также других желтых красителей, о которых речь пойдет дальше.
Каротиноиды.
По аналогии с зелеными пигментами хлорофиллами желтые пигменты листьев были названы ксантофиллами. Некоторые из ксантофиллов, растворимые в горячей воде, относились к классу флавоновых пигментов. Но кроме этого, из листьев, а затем и из других частей растений были выделены пигменты, растворимые, как и хлорофиллы, в жирах и неполярных органических растворителях. Название пигментам этого типа дал ученый М. С. Цвет. В честь одного из пигментов, содержащихся в оранжевых корнях моркови, он назвал весь этот класс красителей каротиноидами (carotte – морковь (фр.)).
Например, в стручковом перце содержится до ста отдельных пигментов каротиноидов: каротин, капсорубин, капсантин, криптоксантин и др. Термин каротиноиды относится ко многим растительным желтым пигментам, растворимым в жирах и жировых растворителях.
В настоящее время известно более трехсот каротиноидов, но достаточно полно изучено строение только 60-70 из них. Молекулы каротиноидов включают цепочки атомов с чередующимися ординарными и двойными связями разной длины (рис. 5). Поэтому цепочке каждого типа соответствует свой индивидуальный хромофор. По мере удлинения цепи окраска пигментов изменяется от желтой к красной и даже красно-фиолетовой. Светло-желтые ретинол (витамин А) и кроцетин (пигмент шафрана) имеют цепочку с 5 двойными связями, а лютеин (пигмент желтых листьев) – с 9 двойными связями. В молекулах оранжевых и оранжево-красных пигментов β-каротина (пигмент моркови и сладкого перца), рубиксантина (пигмент шиповника) и ликопина (пигмент помидоров) имеется 11 двойных связей, чередующихся с ординарными, а в молекулах красного виолоксантина (пигмент некоторых красных фруктов) – 13.
Рисунок А – ретинол (светло-желтый), β-каротин (оранжевый), В – виолоксантин (красно-фиолетовый)
К бескислородным каротиноидам относятся а-, b- и y-каротины и ликопин. Наиболее распространенная форма каротинов — В-каротин. В растительных продуктах, окрашенных в желто-оранжевые тона, обычно встречается смесь изомеров каротина: а-, β - и у-каротины, которые различаются оптическими свойствами. Желтую окраску корнеплодов моркови, плодов абрикосов, рябины, облепихи, апельсинов, мандаринов, бананов, дыни, желтка куриного яйца и меланжа, подсолнечного и сливочного масла, грибов (лисичек, сыроежек, рыжиков) обусловливают каротины наряду с другими каротиноидами. В 1л подсолнечного масла содержится от 1до 15 мг каротиноидов, в 1кг красной моркови - 90-120, в 1кг грунтовых томатов – 15-20 мг, примерно столько же в облепихе, черноплодной рябине, абрикосах. Хорошими источниками β-каротина служат тыква, сладкий перец, зеленый лук, зелень петрушки и укропа, салат, черемша, шпинат, плоды шиповника. В моркови 85 % общего количества каротинов составляет β-каротин.
Желтый краситель каротин получают из моркови, тыквы, зеленой хвои, плодов шиповника, водорослей, цветков календулы (ноготки). Каротин можно применять в пищевой промышленности для подкрашивания сливочного масла, маргарина, сыров, а также в качестве антиоксиданта для улучшения сохраняемости пищевых жиров. Препараты желтого красителя, богатые каротином, перспективны для окраски и витаминизации плодовых и овощных соков, кондитерских изделий, напитков, мороженого, хлебобулочных идругих изделий. Каротины предупреждают развитие авитаминоза А, причем β -каротин в два раза более активен по сравнению с α- и у-формами.
В молекуле ликопина содержится 13 двойных связей. Наряду с другими пигментами он присутствует в плодах абрикосов, шиповника, мякоти арбуза, ярко-красных сортов грейпфрута, хурмы. Ликопин - основной пигмент плодов красных томатов. Аналогично каротинам его применяют в качестве пищевого колоранта. Источником для его промышленного получения служат отходы переработки плодов спелых томатов. Ликопин не обладает витаминными свойствами, но по окрашивающей способности превосходит каротин.
Рыльца цветков шафрана являются сырьем для получения желтого красителя кроцетина, который применяется в кондитерской промышленности. Кроцетин (гликозидкроцин) имеет высокую окрашивающую способность: одна часть пигмента окрашивает в желтый цвет 200 тыс. частей воды.
К желтым пищевым красителям относится также биксин, который получают из вещества, окружающего семена биксы аннатовой. Биксин применяют для подкрашивания сыров и пищевых жиров.
Кислородсодержащие каротиноиды, называемые ксантофиллами, преобладают среди пигментов зерен желтой кукурузы, а также содержатся в кожуре мандаринов, плодах шиповника, других растительных продуктах с желтой окраской. Ксантофиллы можно рассматривать как производные каротинов. Среди ксантофиллов изучены, в частности, криптоксантин (содержится в кожуре плодов мандаринов, красном перце), является производным β-каротина и имеет свойства провитамина А; рубиксантин (в плодах шиповника), зеаксантин (в зернах кукурузы, плодах облепихи, курином желтке), виолаксантин (в ярко-желтых апельсинах).
Флавоноиды.
Окраска многих плодов, ягод, овощей обусловлена флавоноидами. Это гетероциклические кислородсодержащие пигменты, придающие продуктам растительного происхождения основную цветовую гамму.
Флавоноиды – одни из самых распространенных растительных пигментов. Нет растения, где бы они ни были обнаружены. Долгое время считалось, что эти пигменты характерны исключительно для растительного царства, однако в 90-х годах прошлого века некоторые флавоны были обнаружены и в грибах. На латинском языке flavus означает желтый. В природе флавоны и флавонолы являются основными пигментами, обеспечивающими желтую цветовую гамму плодов и цветов. Много этих красителей и в других органах растений, хотя там желтая окраска маскируется другими пигментами. Разнообразие оттенков желтого цвета достигается как изменением концентрации флавонов и флавонолов, так и присутствием в соке растений солей кальция и магния, увеличивающих интенсивность окраски. Химические формулы флавона и флаовнола приведены на рисунке.
Рисунок флавон Рисунок флавонол
Флавоны и флавонолы – довольно устойчивые соединения, причем некоторые из них хорошо растворимы в горячей воде. Именно поэтому флавоновые пигменты были первыми красителями, которые наши предки использовали для окраски тканей. Читатели старшего поколения, вероятно, помнят, что наши бабушки в деревнях красили ткань и пасхальные яйца при помощи луковой шелухи. В этих случаях они имели дело именно с флавоновыми пигментами.
Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. Встречаются они значительно реже. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветах кислицы, кореопсиса и львиного зева. Как и некоторые люди, эти красители совершенно не переносят курильщиков и краснеют, если их окуривать сигаретным дымом. Отдельного упоминания заслуживают халконы еще и потому, что во многих случаях именно из них в процессе биосинтеза в растениях образуются флавоны, флавонолы и ауроны. Подражая природе, химики применяют халконы для получения разнообразных растительных и искусственных пигментов в лабораторных условиях.
Среди желтых пигментов наиболее распространены флавонол, кверцетин и его гликозиды, которые содержатся в груше, сливе, чешуе лука, а также плодах цитрусовых. Кверцетин и его гликозиды используют в качестве пищевых красителей. Желтую окраску имеет рибофлавин (витамин В2), который в небольших количествах содержится в цитрусовых, моркови, винограде, в больших — в яйцах, рыбных продуктах, субпродуктах: печени, почках, мозгах.
В качестве пищевых желтых красителей используют кверцетин и рутин (витамин Р). Сырьем для их получения служат зеленая масса гречихи, бутоны софоры японской, цветы каштана конского, для кверцетина — также щавель конский, листья хурмы, чешуя репчатого лука. Кверцетин и рутин обладают антиокислительными свойствами.
Антоцианы
Еще одна группа пигментов, родственная флавонам и флавонолам, носит название антоцианов. В отличие от уже упомянутых соединений молекулы красителей данного класса имеют положительный заряд, из-за чего их окраска смещена в красную область спектра. Антоциановый хромофорный фрагмент очень чувствителен к влиянию ауксохромов, что объясняет варьирование цвета соединений в довольно широком диапазоне – от розово-красного до фиолетового. Структурная формула антоцианаов приведена на рисунке.
Рисунок общая структурная формула антоцианов.
Антоцианы называют растительными хамелеонами. Это название произошло от греческих слов «антос» (цветок) и «цианос» (лазоревый, голубой). В присутствии щелочей в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора.
В зависимости от кислотности среды (рН) антоцианы могут изменять окраску. Например, красно-фиолетовый антоциан, выделенный из краснокочанной капусты, при рН 4-5 приобретает розовую окраску, при рН 2-3 - красную, при рН 7 - синюю, при рН 8 - зеленую, при рН 9 - зелено-желтую, при рН 10-желто-зеленую, при рН свыше 10 - желтую.
В результате в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине-зеленый цвета. Способность антоцианов менять цвет использовалась в прошлом алхимиками для того, чтобы различать растворы щелочей и кислот. Именно антоцианы послужили прототипом современных кислотно-основных индикаторов, повсеместно используемых в химических лабораториях, на производстве и даже в школьном курсе химии. Эффект изменения окраски антоцианов часто используется фокусниками: если красная роза несколько минут находится в щелочной атмосфере (например, в парах нашатырного спирта), то она становится синей, а розовый пион – сине-зеленым.
Неравнодушны антоцианы и к ионам металлов. В присутствии железа они приобретают яркий алый цвет, а магния и кальция – интенсивно синий. Наверное, именно из-за этого последнего свойства антоцианам дали их имя. Но и это еще не все. Молекулы антоцианов могут связываться с молекулами флавонолов и образовывать новые пигменты оранжевого цвета.
В природе существует несколько сотен разных антоциановых пигментов, но молекулы большинства из них являются гликозидами, то есть имеют в своем составе углеводные фрагменты. Молекул, не имеющих углеводных остатков, всего 8-9. Названы они в честь цветов, из которых были выделены, – мальвидин, пелларгонидин, пеонидин, петунидин и т. д.
Антоцианы находятся во всех частях растений. Красный цвет яблока, бордовые вишня и малина, черные смородина, шелковица и арония, синяя голубика – все они окрашены антоцианами. Красно-лиловый бочок редиски, фиолетовые листья краснокочанной капусты и даже болезненная синева картофеля также обусловлены присутствием этих пигментов. Ну а, о лепестках цветов, и говорить не приходится – вся богатейшая гамма от розовой и оранжевой до сине-черной и фиолетовой окраски объясняется исключительно присутствием в них антоциановых красителей.
С помощью антоцианов растения рассказывают нам о своих эмоциях и привычках. В случае стресса у растения изменяется кислотность сока, что сразу же сопровождается изменением окраски антоцианов – цветы и стебли краснеют или, наоборот, приобретают синий оттенок. А чтобы сделать вывод о низкой концентрации ионов кальция в лепестках цветов кактусов, не нужно проводить химический анализ, достаточно посмотреть на сами цветы – у кактусов они никогда не бывают синего или голубого цвета.
Спектр поглощения антоцианов имеет два максимума (в пределах 250 —300 и 500 —550 нм). Окраску ягод земляники определяет гликозид красного пеларгонидина. Малиновый цианидин содержится в ягодах брусники, смородины, ежевики, малины, вплодах вишни, терна, рябины. В состав большинства винных сортов винограда входят петунидин, дельфинидин и мальвидин. Около 70% плодов содержат гликозиды цианидина. Окраска кожуры синего баклажана обусловлена преимущественно дельфинидином. В большинстве плодов и овощей антоцианы сосредоточены в поверхностных эпидермальных слоях (яблоки, груши, сливы), а в некоторых сортах винограда и вишен - в мякоти. Антоцианидины присутствуют, как правило, в виде солей. Полагают, что синий цвет антоцианов обусловлен комплексообразованием с металлами.
Антоцианы обусловливают окраску натуральных соков, вин, сиропов, наливок, фруктового мармелада, варенья, ликеров и других изделий, приготовленных из плодово-ягодного сырья. Для получения антоциановых пищевых красителей используют сок ежевики, черемухи, рябины, калины ит.д. Из отходов первичного виноделия и производства соков (виноградных выжимок) получают красный пищевой антоциановый краситель энин. Красные красители можно получать из цветков мальвы и махрового георгина, выжимок клюквы, малины, черники, черной смородины, вишни, красной свеклы и другого сырья. Эти красители применяют в кондитерском и ликероводочном производстве, для окрашивания безалкогольных напитков.
Окраска свежих и переработанных плодов и овощей является важным фактором оценки их качества. По окраске судят о степени зрелости плодов и ягод, свежести плодоовощных консервов.
При хранении и переработке ягод, фруктов, овощей красящие вещества могут разрушаться и изменять цвет. Особенно неблагоприятно влияют на сохранность растительных пигментов термическая обработка, изменение кислотности среды (рН), контакт плодов с металлами.
Окраска продуктов животного происхождения. Нитраты и нитриты.
Характеристика цвета служит первичной информацией при оценке качества, прежде всего свежести мясных продуктов.
Естественный цвет мышечной ткани мяса обусловлен миоглобином (на 90%) и гемоглобином(на 10%). Оба вещества являются сложными белками — хромопротеидами, в состав которых входят простой белок глобин и гем, содержащий двухвалентное железо. Миоглобин аналогично гемоглобину выполняет в организме функции дыхательного белка, являясь промежуточным переносчиком кислорода от гемоглобина к различным участкам тела. В мышечной ткани животного массовая доля миоглобина колеблется от 0,1 до 1%. Миоглобин имеет пурпурно-красную окраску. Чем больше в мышцах миоглобина, тем ярче их окраска. Под воздействием кислорода воздуха миоглобин окисляется с образованием оксимиоглобина, обеспечивающего светло-красную окраску в течение двух-трех недель хранения мяса в холодильнике после убоя животного. Потемнение мяса на поверхности туши и в местах кровоподтеков объясняется образованием метмиоглобина, в котором железо из двухвалентного переходит в трехвалентное.
Более светлая окраска свинины по сравнению с говядиной обусловлена меньшим (в 2—5раз) содержанием миоглобина. Мышцы молодых животных светлее, чем старых, самцов —темнее, чем самок. Мускулы, имевшие при жизни животных большую физическую нагрузку, имеют более темный цвет, например мышцы шеи темнее, чем длиннейший мускул спины.
Миоглобин и оксимиоглобин в присутствии оксида углерода образуют карбоксимиоглобин - соединение вишнево-красного цвета, которое участвует в формировании окраски мясных изделий холодного копчения.
При взаимодействии с сероводородом в присутствии кислорода миоглобин переходит в сульфомиоглобин желто-зеленого цвета, характеризующий порчу мяса, особенно непотрошеных и полупотрошеных тушек кур, гусей и уток. Сероводород образуется при гнилостной порче белков мяса и птицы. Особенно интенсивное выделение его происходит при разложении остатков пищи в кишечнике птицы. Диффундируя в брюшную полость тушек, сероводород окрашивает кровеносные сосуды в желто-зеленый цвет.
Окраска мяса в кислой или щелочной среде, а также при повышении температуры изменяется. Тепловая обработка сопровождается денатурацией белков и образованием метмиоглобина, что вызывает изменение цвета мяса. Для придания колбасным изделиям устойчивой окраски применяют нитриты натрия и калия, которые добавляют в потолочную смесь или рассол. Нитриты подвергаются гидролизу и другим превращениям с образованием оксида азота, который взаимодействует с миоглобином. В результате реакции получается нитрозомиоглобин, имеющий устойчивый красный цвет. При тепловой обработке он может подвергаться изменениям с образованием денатурированного глобина и нитрозомиохромогена (нитрозомиохрома), придающего копченостям и колбасам коричневые оттенки. Нитриты участвуют также в развитии вкуса и аромата ветчины. Дозы нитритов строго формируются: в вареных, полукопченых и варено-копченых колбасах допускается не более 0,005 %нитритов, в сырокопченых - не более 0,003 %.
Окраска рыб.
Большое разнообразие окраски рыбы объясняется комбинированием хроматофоров — клеток с пигментными зернами, которые находятся в дермисе кожи. Пигменты хроматофоров могут иметь различную окраску: меланофоры окрашены в черный, эритрофоры – в красный, ксантофоры – в желтый цвет. Серебристая окраска рыбы обусловлена кристаллами гуанина, расположенными в коже под чешуей. Гуанин сильно отражает свет.
Цветовые особенности служат систематическими признаками и характеризуют свежесть рыбы. В Мировом океане и пресноводных водоемах обитают более 20 тыс. видов рыбы, около 15 тыс. из них имеют промысловое значение. Окраска тела, боковой линии, плавников является признаком в систематике рыбы. Эритрин и ксантин - нестойкие пигменты, быстро обесцвечиваются, рыба вскоре после вылова теряет прижизненную окраску.
Окраска мышц семейства лососевых (от розовой до ярко-красной), икры лососевых (от оранжево-желтой до оранжево-красной), икры семейства осетровых (от светло-серой до темно-серой и даже черной) и икры большинства частиковых (серовато-желтая) обусловлена липохромами. В икринках рыбы семейства осетровых липохромы расположены под оболочкой, в лососевой икре они растворены в капельках жира.
С точки зрения гигиены предпочтительны натуральные красители: каротиноиды, антоцианы, флавоноиды, хлорофиллы и др., но некоторые из них создают технологические неудобства. Антоцианы чувствительны к действию температуры, рН среды, света, особенно в присутствии ионов металлов, поэтому применение их ограничено. Зеленый цвет хлорофилла также нестабилен, при повышении температуры он становится оливковым, затем переходит в желтый или грязно-желтый вследствие образования феофитина.
В некоторых странах для придания овощным или фруктовым консервам устойчивого зеленого цвета добавляют соли меди. Однако они разрушают аскорбиновую кислоту, а избыточное их количество приводит к острым отравлениям. Поэтому в большинстве стран такой способ улучшения внешнего вида консервов запрещен.
Для подкрашивания напитков, ликеров, коньяков, вин, уксуса, пива, кондитерских изделий, соусов широко применяют сахарный колер простой (карамель) либо с солями аммония и сульфита. Сахарный колер представляет собой темно-коричневый стекловидный расплав сахаров своеобразного вкуса, который растворяется в воде. Есть предположения, что сахарный колер оказывает на организм человека вредное влияние, но канцерогенное действие его не доказано. К натуральным красителям животного происхождения относится карминовая кислота, получаемая из тела самок насекомого кошенили подотряда кокцид. Производство этого красителя незначительно в связи с развитием более доступных синтетических.
Искусственные органические колоранты имеют технологические преимущества перед натуральными благодаря устойчивости к действию кислот, теплоты, света, окислителей, обладают интенсивным окрашиванием, удобны при дозировке, обычно они дешевле. С развитием синтеза красителей натуральные аналоги отошли на второй план. В разных странах мира более 100 синтетических органических колорантов применяют в пищевых производствах. Перспективы искусственных красителей казались неограниченными. Однако уже в конце прошлого века появились сведения о вредном воздействии отдельных искусственных красителей на здоровье человека и предлагалось ограничить их применение. Токсикологические исследования показали, что многие из синтетических окрашивающих веществ вредны для здоровья. В30-е гг. ХХ столетия опубликованы работы, показывающие канцерогенное действие ряда искусственных красителей.
Экспертный комитет по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ дает заключение о токсикологической оценке красителей и определяет приемлемое суточное поступление (ПСП) в мг на 1кг массы тела человека. На основании этих данных комиссия «Кодекс Алиментариус» составила перечень красителей, рекомендуемых для применения впищевых производствах. Среди красных красителей в список включены азорубин (ПСП до 1,25 мг/кг), амарант(ПСП до 0,75 мг/кг), эритрозин (ПСП до 2,5 мг/кг), свекольный красный (ПСП не ограничено). Из желтых красителей рекомендованы, например, аннато экстракт из семян орлеанового дерева (ПСП до 1,25 мг/кг впересчете на биксин), кантаксантин (ПСПдо 25 мг/кг), каротин (ПСП0—5мг/кг впересчете на сумму каротиноидов), рибофлавин (ПСП до 0,5 мг/кг), тартразин (ПСП до 7,5 мг/кг), хинолиновый желтый (ПСП до 0,5 мг/кг).В нашей стране амарант, эритрозин и цитрусовый красный 2 запрещены к употреблению органами здравоохранения. Коричневый краситель —сахарный колер (простая карамель) — может применяться без ограничения ПСП, а полученный с применением солей аммония и сульфита имеет ПСП до 100 мг/кг. Из зеленых красителей наиболее известны хлорофилл (ПСП не определено), медно-хлорофилловый комплекс и тот же комплекс в виде натриевой или калиевой соли (ПСП до 15 мг/кг), прочный зеленый ГСГ(ПСПдо 12,5 мг/кг); к синим красителям относятся блестящий синий РСР (ПСПдо 12,5 мг/кг) и индигокармин (ПСПдо 7,5 мг/кг).
Неорганические красители применяют для поверхностной окраски, например драже и других кондитерских изделий. Для алюминия и диоксида титана ПСП не установлено, для оксида и гидроксида железа ПСП до 0,5 мг/кг, для золота металлического ПСП не установлено, применяется ограниченно в малых дозах, не представляющих опасности для здоровья. Диоксид титана служит белым пигментом, оксидигидроксид железа используют как красный, желтый или черный колорант, алюминий —в качестве серебряного пигмента.
Разрешение на применение тех или иных красителей, как, впрочем, и других пищевых добавок выдают национальные органы здравоохранения. В России разрешены к применению синтетические красители индигокармин, тартразин, азорубин, хинолиновый желтый и др.
При закупках продуктов вдругих странах не всегда рассматривается вопрос осоответствии пищевых добавок национальным нормам.
Цветокорректирующиеиотбеливающиевещества. Они не относятся ккрасителям. Некоторые из них, взаимодействуя с нутриентами пищи, врезультате реакции образуют продукты желаемого цвета. Другие предотвращают разрушение природных окрашивающих веществ, содержащихся в пищевых продуктах, способствуя стабилизации окраски, либо вызывают обесцвечивание нежелательных соединений, образующихся при переработке или хранении продуктов. Положительное действие таких добавок может быть связано спредотвращением появления окрашенных веществ, ухудшающих визуальное восприятие пищи.
Нитраты, а также нитриты калия или натрия всоставе потолочной смеси стабилизируют цвет колбас и копченостей благодаря образованию красного нитрозомиоглобина — продукта взаимодействия нитритов с миоглобином. Предварительно нитраты восстанавливаются в нитриты при участии нитроредуктазы— фермента микроорганизмов. В связи с канцерогенными свойствами нитрозаминов, образующихся при взаимодействии нитритов со вторичными аминами, по заключению ВОЗ нитраты и нитриты не рекомендуется применять в качестве пищевых добавок. Однако во многих странах они разрешены, так как нитраты и нитриты с технологической точки зрения необходимы и оказывают консервирующее действие, в частности ингибируют Cl. botulinum. Предприняты меры к сокращению предельно допустимых уровней нитритов в мясных продуктах. Экспертный комитет ФАО/ВОЗ уменьшил приемлемое суточное поступление (ПСП)нитрита калия и нитрита натрия с 0,4 до 0,2 мг на 1кг массы тела человека. Значение ПСП для нитратов также снижено в два раза и составляет 5мг/кг.
Изучение свойств нитрозаминов и нитритов показало, что они способствуют разрушению каротина. Чтобы избежать образования нитрозаминов, нежелательно при консервировании продуктов вводить нитраты одновременно с уротропином. Фактор риска образования нитрозаминов при копчении мясных продуктов можно уменьшить, сочетая нитраты и нитриты с аскорбиновой кислотой.
Проблема применения нитратов и нитритов в мясоперерабатывающем производстве приобретает более актуальное значение в связи с возрастающим поступлением их в организм с растительной пищей.
Нитраты как предшественники нитрозаминов могут восстанавливаться в нитриты в продуктах питания и в пищеварительном тракте человека, представляя опасность для его здоровья.
Диоксидсеры и другие соединения серы применяют в качестве консервантов и для стабилизации цвета. Пищевые продукты обрабатывают газообразным сернистым ангидридом SО2,водными растворами сернистой кислоты Н2SО3или ее солями: бисульфитом натрия NаНSО3, бисульфитомкальция Са(НSО3)2, пиросульфитом натрия ипиросульфитом или метабисульфитом калия. Диоксидсеры и сульфиты предохраняют от ферментативного потемнения свежие и переработанные плоды и овощи, например ломтики очищенного сырого или сухого картофеля, тормозят потемнение сухих белоксодержащих продуктов вследствие карбониламинныхреакций.
В некоторых странах сернистым ангидридом отбеливают рыбное филе, крабов, овощные консервы, грибы, хмель и орехи. В большинстве стран запрещено применение диоксида серы для придания хорошего товарного вида мясным продуктам во избежание фальсификаций и маскировки испорченных.
Сернистая кислота разрушает витамин В1(тиамин). В связи с технологической незаменимостью диоксидсеры и ее соединения широко применяют в промышленности, главным образом для производства продуктов, не являющихся источниками витамина В1. При тепловой обработке продуктов содержание диоксида серы резко снижается. После варки сушеного обработанного картофеля массовая доля SO2может составить 20 —25 мг/кг. Допустимое суточное потребление диоксида серы в продуктах составляет 0,7 мг на 1кг массы тела человека.
Окисляющие отбеливающие средства, содержащие активный кислород или активный хлор, широко применяли для отбеливания муки и вменьшей степени — для некоторых сортов сыра, орехов, сушеных овощей и фруктов, а также других продуктов. Наряду с отбеливанием активный кислород служит антисептиком, а также используется для улучшения хлебопекарных свойств муки, особенно с низким содержанием клейковины. Гигиенические исследования показали отрицательное влияние отбеливателей: разрушаются витамины, окисляются непредельные жирные кислоты, изменяются свойства аминокислот. Поэтому в большинстве европейских стран применение окисляющих отбеливателей с активным кислородом или хлором запрещается или не разрешается только для муки как основного источника тиамина(витамина В) в питании человека.
В некоторых странах применяют отбеливающие средства. Из соединений с активным кислородом используют броматы, а также персульфаты, озон, пероксиды водорода. Бромат калия — наиболее распространенный отбеливатель муки. Известно, что это соединение разрушает тиамин, никотинамидиметионин. Из соединений, содержащих активный хлор, применяют газообразный диоксидхлора и гипохлориты натрия или кальция. Препараты с активным хлором, применяемые для обработки зерновых продуктов и растительных масел, разрушают токоферолы. Экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам и комиссия «Кодекс Алиментариус»ограничивают допустимую концентрацию диоксида хлора или бромата калия для муки до 20 мг/кг и, как исключение, для бисквитной муки до 75 мг/кг. Пероксид бензопила применяют лишь в отдельных странах. Его допустимый уровень (или массовая доля) в муке до 40 мг/кг, а в бисквитной муке не более 75 мг/кг.
Для обеспечения безопасности здоровья населения при закупках за рубежом продовольствия внешнеторговые ведомства должны учитывать санитарные правила государств-экспортеров.
ЛЕКЦИЯ 7 ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ ОБОНЯНИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА И ИСТОЧНИКИ ДУШИСТЫХ ВЕЩЕСТВ.
Основы физиологии обоняния.
Обонятельный орган у человека представлен эпителиоподобной выстилкой, или обонятельной частью слизистой оболочки носа. Обонятельным органом является только верхняя часть носовой полости. Слизистая обонятельная выстилка занимает среднюю часть верхней носовой раковины и соответствующий ей участок слизистой оболочки носовой перегородки.
Обонятельная часть слизистой оболочки носа человека имеет желтый цвет, благодаря чему легко отличается от дыхательной части. Установлено, что у человека около 10 млн. обонятельных клеток, они имеют веретеновидную форму и состоят из средней утолщенной части, содержащей ядро, и двух отростков (центрального и периферического). Центральные отростки, имеющие диаметр 0,2—0,5 мкм и отходящие от нижнего полюса клетки, группируются в пучки и входят в состав обонятельного нерва. Они соединяют обонятельные клетки эпителия с обонятельными луковицами головного мозга.
Периферические отростки выходят на поверхность слизистой оболочки и заканчиваются утолщением (обонятельной булавой), несущей обонятельные волоски. По-видимому, в обонятельных волосках осуществляются первичные процессы восприятия запаха.
До сих пор механизм воздействия душистых веществ на орган обоняния окончательно не выяснен. Существуют различные теории, как физические, так и химические, в которых стремятся объяснить этот механизм, однако ввиду отсутствия достаточной экспериментальной проверки ни одна из них не может быть полностью достоверной, а может рассматриваться лишь как гипотеза.
В настоящее время считается установленным, что для ощущения запаха нужен непосредственный контакт молекулы пахучего вещества с обонятельными рецепторами. Для этого необходимыми свойствами пахучего вещества являются летучесть, растворимость в липидах и до некоторой степени в воде, достаточная способность к адсорбции на обонятельной выстилке, определенные пределы молекулярной массы и др. Но неизвестно, какие именно физические или химические свойства определяют эффективность вещества как обонятельного раздражителя.
Авторы многих гипотез рассматривают взаимодействие пахучего вещества с обонятельным рецептором как процесс адсорбции. Экспериментально пока не решено, является ли этот процесс физической адсорбцией или он связан с химическим превращением молекул пахучего вещества. Наиболее перспективным, по-видимому, в настоящее время является представление о специализированных белковых молекулах, находящихся в мембранах обонятельных клеток и взаимодействующих с молекулами пахучих веществ.
Распространено мнение, что человек более чувствителен к неприятным запахам. Например, свободная масляная кислота, как и все карбоновые кислоты с небольшим числом атомов углерода, обладает резким отвратительным запахом; поэтому, когда масло портится, масляная и другие кислоты выделяются в свободном состоянии и придают ему неприятный (прогорклый) запах и вкус. А вот другой пример. Чеснок и лук резко пахнут потому, что выделяют сернистые соединения: чеснок – в основном диаллилдисульфид (CH2=CH–CH2)2S2 и аллицин (от латинского названия чеснока Alliumsativum) CH2=CH–CH2–SO–S–CH2–CH=CH2, лук – аллилпропилдисульфид CH2=CH–CH2–S–S–CH2–CH–CH3. Интересно, что в самих чесноке и луке этих соединений нет, но есть много аминокислоты цистеина с сульфгидрильными группами –SH. При разрезании чеснока или лука эти аминокислоты под действием ферментов превращаются в пахучие дисульфиды. В луке происходит одновременно образование тиопропиональдегид-S-оксида CH3–CH2–CH=S=O, который является довольно сильным лакриматором (от латинского lacrima – слеза), т.е. вызывает слезотечение. Кстати, упомянутые дисульфиды обладают редкой особенностью. Многие замечали, что от запаха лука или чеснока почти невозможно избавиться: не помогает ни чистка зубов, ни полоскание рта. А дело в том, что эти соединения выделяются не изо рта, а из легких. Дисульфиды, проникнув из пищи в стенки кишечника и далее – в кровь, разносятся ею по всему организму, в том числе и в легкие. Там они и выделяются с выдыхаемым воздухом.
Одним из самых неприятных запахов обладают тиолы или меркаптаны с общей формулой R–SH (второе название отражает способность этих соединений связывать ртуть, по-английски это свойство называется mercurycapture). К природному газу, который горит в плите на кухне (в основном это метан), добавляют ничтожные количества очень сильно пахнущего вещества, например изоамилмеркаптана (CH3)2CH–CH2–CH2–SH, что позволяет обнаружить по запаху утечку газа в жилых помещениях: человек способен почувствовать запах этого соединения в количестве двух триллионных долей грамма. Однако изредка встречаются люди (примерно 1 человек из 1000), которые не чувствуют запаха меркаптана. Может быть, этим частично объясняются случаи взрывов при утечке газа. «Запаховый дальтонизм», по-научному аносмия (от греч. osme – запах), изредка распространяется на все запахи, чаще – на некоторые определенные (специфическая аносмия). Так, 2% людей не ощущают сладковатого запаха изовалериановой кислоты, 10% не чувствуют запаха ядовитой синильной кислоты, 12% не ощущают запаха мускуса, 36% – солода, 47% – гормона андростерона.
Меркаптаны придают запах крайне зловонному секрету скунса – небольшому зверьку семейства куньих (другое его название – вонючка). Описаны случаи, когда люди теряли сознание, вдохнув выделения этих животных, и даже на следующий день чувствовали головную боль. Когда химики подробно проанализировали выделения скунса, в них обнаружили 3-метилбутантиол (изоамилмеркаптан) (CH3)2CH–CH2–CH2–SH, транс-2-бутен-1-тиол кротилмеркаптан) CH3–CH=CH–CH2–SH и транс-2-бутенилметилдисульфид CH3–CH=CH–CH2–S–S–CH3. Но бывают, оказывается, запахи и похуже. В знаменитой книге рекордов Гиннеса к самым зловонным химическим соединениям отнесены этилмеркаптан С2Н9SН и бутилселеномеркаптан С4Н9SеН – их запах напоминает комбинацию запахов гниющей капусты, чеснока, лука и нечистот одновременно. А в учебнике А. Е.Чичибабина «Основные начала органической химии» сказано: «Запах меркаптанов – один из самых отвратительных и сильных запахов, какие встречаются у органических веществ... Метилмеркаптан CH3SH образуется при гидролизе кератина шерсти и гниении белковых веществ, содержащих серу. Он находится также в человеческих испражнениях, являясь вместе со скатолом (b-метилиндолом) причиной их неприятного запаха».
Некоторые пахучие вещества имеют поразительную стойкость. В городе Марракеше в Марокко находится минарет – башня высотой около 70 м, построенная по приказу султана в знак победы над испанцами. Минарет знаменит тем, что его стены пахнут мускусом. Натуральный мускус – ценное благовоние, которое вырабатывают железы самца кабарги – животного семейства оленей.
Запах мускусу придает 3-метилциклопентадеканон-1 (мускон). Оказывается, при строительстве минарета в 1195 в цемент, скрепляющий камни, подмешали около тысячи мешков мускуса. И запах не исчез даже спустя 800 лет...
3-метилциклопентадеканон-1 (мускон)
Если бы для определения рекордсменов по части запаха использовали не только человеческий нос, результаты изменились бы очень сильно. Известно, например, насколько нюх собаки тоньше нашего. Несравнимо более чувствительны органы обоняния насекомых.
Сигналом для них являются особые вещества – феромоны . Чувствительность к ним удивительна. Например, муравьи вида Attatexana используют метиловый эфир 4-метилпиррол-2-карбоновой кислоты, чтобы метить свои тропы. Всего одного миллиграмма этого соединения достаточно, чтобы пометить тропинку, втрое длиннее земного экватора! Муравью достаточно синтезировать для своих надобностей всего 3 нг этого соединения. Еще более чувствительны к феромонам бабочки – их самцы чувствуют присутствие самок на расстоянии нескольких километров. Некоторые бабочки обнаруживают присутствие феромонов, если в 1 см3 воздуха содержится одна-единственная молекула! Для сравнения: винный лактон мы чувствуем при концентрации 10–17 г/см3, что при молекулярной массе 134 соответствует 45000 молекул/см3.
Феромоны обычно имеют молекулярную массу от 100 до 300. Самый же простой по строению «сигнальный агент» – диоксид углерода (углекислый газ). Он служит феромоном для некоторых видов муравьев. Оказавшись далеко от муравейника, рабочие муравьи находят дорогу домой, двигаясь в сторону увеличения концентрации СО2, которая максимальна около скопления муравьев. Привлекает этот газ и личинок некоторых червей, питающихся корнями кукурузы. Вылупившись, крошечные личинки способны в поисках пищи пройти путь в земле до 1 метра, руководствуясь «запахом» СО2, который выделяют корни растений.
Воздействие душистых веществ на орган обоняния
До сих пор механизм воздействия душистых веществ на орган обоняния окончательно не выяснен. Существуют различные теории, как физические, так и химические, в которых стремятся объяснить этот механизм, однако ввиду отсутствия достаточной экспериментальной проверки ни одна из них не может быть полностью достоверной, а может рассматриваться лишь как гипотеза.
Почти 2000 лет назад античный ученый, поэт и философ Тит Лукреций Кар полагал, что в носовой полости есть крошечные поры разного размера и формы. Каждое пахнущее вещество, рассуждал он, испускает крошечные «молекулы» присущей ему формы. Запах воспринимается, когда эти «молекулы» входят в поры обонятельной полости. Распознавание каждого запаха зависит от того, к каким порам эти молекулы подходят.
В 1756 году М. В. Ломоносов в своей работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» выдвинул мысль о том, что окончания нервных клеток возбуждают колебания частиц материи. В этом произведении он прямо писал о коловратных (колебательных) движениях частиц эфира как о возбудителях органов чувств, в том числе зрения, вкуса и обоняния.
Понадобились два тысячелетия исканий со времени Лукреция Тита и два века исканий и споров со времени Ломоносова, чтобы их гениальные догадки получили обоснованное подтверждение. Удалось научно установить, что у природы запаха, как и у природы света, двойственный характер: корпускулярный (зависящий от структуры душистого вещества) и волновой.
Развитие химии и физики дало возможность получить наиболее правильное представление о процессе ощущения запахов.
По современным данным, молекулы пахучих веществ поглощают и испускают волны длиной от 1 до 100 микрон. Человеческое же тело при нормальной температуре поглощает и испускает волны длиной от 4 до 200 микрон. Наиболее важны электромагнитные волны, имеющие длину от 8 до 14 микрон, что соответствует длине волн инфракрасной части спектра. Интересно, что поглощение действия душистых веществ достигается ультрафиолетовыми лучами и поглощением инфракрасных лучей. Ультрафиолетовые лучи убивают многие запахи и этим пользуются, когда хотят очистить воздух от ненужных ароматов.
Приведем любопытные примеры, подтверждающие волновую (физическую) «коловратную» природу запаха.
Американские ученые доктора Мильс и Бек проделали следующий опыт. В стенке небольшого ящика установили светофильтр, пропускающий только инфракрасные лучи. Внутрь положили немного меда. Ящик герметически закупорили и вынесли на пасеку. Через некоторое время светофильтр облепили пчелы. Почему? А потому, говорят экспериментаторы, что «радары» пчелиных органов обоняния уловили свойственное меду инфракрасное излучение. Другого объяснения быть не может, ибо ни одна молекула меда не проникла из герметически закрытого ящика наружу.
Другие опыты этими же учеными были проведены с тараканами, помещенными в герметически закрытую клетку, в которой имелось окно из кристалла бромистого калия, пропускающего инфракрасные лучи. Экспериментаторы отметили колебание усиков, как при реагировании на запах. При продувании воздуха через трубку позади кристалла у 15% тараканов наблюдалось колебание усиков. Когда гвоздичное масло пропускали в помещение, совершенно изолированное от насекомых, у 24% тараканов усики были активными. Опыт в помещении, где пахучее вещество приходило в соприкосновение с тараканами, показал, что 26%. из них реагировали на запах. Ученые объясняют такое явление тем, что эти насекомые имеют обонятельный аппарат снаружи в виде длинных волнообразных антенн (усиков), которые служат не столько для обоняния, сколько для «чувствования». Когда насекомые ощущают запах, происходит колебание антенн, как будто они были возбуждены. Это, по мнению авторов, дает возможность физиологам отметить и даже измерить степень восприятия насекомыми разных запахов.
Интересно, что кошка, у которой частично или полностью удалены усы, частично или полностью теряет обоняние.
Советский энтомолог И. А. Фабри, изучавший в течение шести лет это явление у одного из видов ночных бабочек, проделал такой опыт. Летом с наступлением вечера на балкон уединенной лесной дачи он выносил самку бабочки (в проволочном садке). Не проходило и 30 минут, как к ней отовсюду начинали слетаться самцы. За три вечера их было поймано 64 экземпляра. Сделав пометки красками на спинках самцов, их уносили (в коробках) за 6–8 километров от дачи и там выпускали на волю. Однако через 40–45 минут самцов снова обнаруживали около самки. Опыты повторялись неоднократно, но результат был один.
Подозревая, что органами связи у насекомых являются их усики, ученый обрезал насекомым самцам их естественные «антенны» и убедился, что без них они не смогли воспринимать призывы самки и больше не прилетали к ней.
Примечательно также явление, которое наблюдалось во время войны: вокруг поднятых над окопами тонких прутиков антенн полевых раций очень часто скапливалось значительное количество насекомых, чаще всего майских жуков, привлеченных издалека антенной как светом.
Таких примеров можно привести множество. Все указанное выше и изучение спектра запахов дало профессору П. Фролову полное основание писать, что теперь как будто удается не только выявить физическую природу запахов, но и приблизительно указать их расположение в инфракрасной и ультрафиолетовой части шкалы электромагнитных колебаний.
В настоящее время считается установленным, что для ощущения запаха нужен непосредственный контакт молекулы пахучего вещества с обонятельными рецепторами. Для этого необходимыми свойствами пахучего вещества являются:
1) летучесть;
2) достаточная растворимость в липидах и до некоторой степени в воде;
3) способность к адсорбции на обонятельной выстилке;
4) определенные пределы молекулярной массы и др.
Однако, оказалось, что некоторые молекулы, одинаковые во всех отношениях, обладают различными запахами и что не детали состава, а геометрическая «архитектурная» форма молекул душистого вещества в целом играет основную роль. Объясняется это тем, что на обонятельных волосках носовой полости имеется пять основных форм лунок, соответственно воспринимающих пять запахов: камфарный, мускусный, цветочный, мятный, эфирный. В лунку входит молекула душистого вещества, близкая ей по конфигурации, по архитектурному строению, и только тогда ощущается запах, когда молекула входит в лунку, гнездо, как «пуансон в матрицу». Таким образом, гениальная мысль Лукреция, умозрительный вывод его оказался сейчас научно обоснованным.
Имеются еще два основных запаха – острый и гнилостный, но они связаны не с формой лунок, а с различными отношениями к электрическим зарядам оболочки, покрывающей окончания обонятельных нервов. Все существующие запахи могут быть получены путем смешения в соответствующих сочетаниях и пропорциях указанных семи запахов, подобно тому как, например, все цвета могут быть получены из семи цветов спектра.
Зависимость структура –запах. Одорифорные группировки
В настоящее время, механизм восприятия запаха установлен физиологами в общих чертах. Однако различают несколько тысяч запахов и существуют многие тысячи пахучих веществ с самой разнообразной структурой, и до сих пор отсутствуют данные о том, каким же образом каждая из таких пахучих структур взаимодействует со своим хеморецептором. Насколько специфично это взаимодействие, каков потенциал возникающего при этом электрического нервного импульса, какова их последовательность в случае сложной смеси душистых веществ? Эти и подобные им вопросы остаются пока в большой мере открытыми, и теория, которая могла бы предсказать с достаточной точностью, какой запах будет иметь создаваемая молекула, до сих пор не разработана и находится на стадии накопления фактического материала. На настоящее время установлены не столь многочисленные (для того чтобы сделать обобщения эффективного предсказательного значения) конкретные зависимости запаха от состава, строения и стереохимии пахучих веществ. Рассмотрим некоторые примеры. Так, проявление ванильного запаха зависит от позиционной изомерии. Им обладает только изомер (1), у которого пара-ОН группа свободна. При её этерификации запах исчезает, что, по-видимому, связано с уменьшением дипольного момента при переходе к изованилину (2).
Геометрические изомеры значительной части душистых веществ обладают различными запахами. Например, у α-иононов Е-изомер (З) пахнет фиалкой, а Z-изомер (4) имеет запах древесины кедра.
При изучении зависимости структура – запах в одном и том же ряду веществ, изомерных относительно олефиновой связи и плоскости кольца и одновременно имеющих оптическую активность (наличие энантиомеров), было установлено, что каждый вид изомерии может в значительной мере определять наличие запаха, его интенсивность или отсутствие запаха у изомерных веществ и оптических антиподов. В качестве убедительного примера служат 3-санталолы, из которых лишь один оптический изомер (-) –энантиомер и только с экзо-расположенной алкенольной группой, в которой два старших заместителя должны иметь цис-конфигурацию относительно друг друга, обладают сильным сандаловым запахом.
Ниже приведены данные по изменению характера запаха у е,е,е-диастереомера ментола (б) в зависимости от оптической активности:
Остальные три диастереомера ментола обладают нечистым мятным запахом, имеющим камфорную ноту. Таким образом, при создании новых душистых веществ, имеющих хиральные центры, следует иметь в виду, что различные энантиомеры могут обладать
различным запахом или один из изомеров может оказаться даже без запаха. В случаях хиральной зависимости запаха асимметрический центр в молекулах душистого изомера должен ориентироваться тремя точками на хиральном участке осморецептора, чувствительном к асимметрии «пахучих» молекул. Отметим, что взаимодействие между веществом и его рецептором обеспечивается, как правило, слабыми связями — водородными (—О…Н—), электростатическими, ван-дер-ваальсоными (диполь-дипольными, стэкинговымии, гидрофобньими. При их «нормальном взаимодействии», то есть комплементарном трёхточечном контакте (рис.1.1, а), проявляется ожидаемый запаховый эффект. Другой же антипод оказывается некомллементарен активному участку рецептора (рис. 1.1, б) и может иметь менее выраженный запах (или совсем его не проявить).
Очевидно, что требование двухточечного контакта пахучего вещества с осморецептором снимает различия в запахе оптических изомеров. Заметный вклад в увеличение направленности синтеза душистых веществ внёс принцип одорифорных групп, то есть таких сочетаний атомов, введение которых в молекулу часто приводит к появлению у неё запаха. В ряду душистых производных алифатических (как насыщенных, так и ненасыщенных) углеводородов (7—9) одорифорными группами (взяты в пунктирные прямоугольники) являются следующие:
Аналогичные группировки могут генерировать душистые запахи в ряду алициклических (10—12) и арилалифатических производных (13—15).
В классе инданов (16, 17) и тетрагидронафталинов наличие изопропильных и особенно трет-бутильньая группа в сочетании с ацетильными придаёт ароматные мускусные свойства целой группе веществ.
Мускусный запах возникает у метил- и , трет-бутилпроизводных бензола, если в них ввести две или три нитрогруппы (соединения 18, 19):
Наконец, кетонные (вещество 20) и лактонные (21) функции в макро- циклах обеспечивают молекулам запах мускуса и свойства фиксаторов запаха.
Итак, мы знаем, что химическое и пространственное строение вещества определяет наличие у него запаха. Однако его уровень, интенсивность и эффективные концентрации вещества могут в значительной степени зависеть и от других разнообразных факторов. Для создания эффективной концентрации пахучего вещества, достаточной для приготовления запаха необходимой интенсивности, его молекула, кроме основной одорофорной группировки, непосредственно отвечающей за запаховый эффект, должна содержать гидрофильные фрагменты, чтобы осуществлялся её нормальный перенос в слизи носового эпителия к осморецепторам нейронных жгутиков-ресниц, которые погружены в водную слизь. При дизайне душистых веществ стараются учитывать эти требования, вводя соответствующие химические группировки в потенциально душистые вещества. Так, введение в структуру фенольных группировок, карбоксильных и спиртовых групп улучшает водорастворимость органической молекулы, изменяет её кислотность и полярность, усиливает, как правило, её запах. Наличие н-алкенильных цепей и циклоалкильных группировок может улучшить связываемость с осморецептором благодаря ван-дер-ваальсовым силам. Отметим, что при синтезе душистых веществ обычно избегают введения серосодержащих группировок, которые генерируют очень неприятные запахи. Следует отметить, что рассмотренные приёмы генерирования и модификации запахов у потенциального душистого вещества не являются абсолютными и не всегда могут обеспечить ожидаемый эффект.
Ароматизаторы
Пищевые ароматизаторы — смесь вкусоароматических веществ или индивидуальное вкусоароматическое вещество, вводимые в пищевые продукты как пищевая добавка с целью улучшения его органолептических свойств. В соответствии с этим определением концентрированные соки, сиропы, строго говоря, не следует относить к ароматизаторам, так как они могут применяться как пищевой продукт. Однако с этой точкой зрения согласны не все специалисты. В сочетании с другими веществами, входящими в состав пищевых систем, они придают готовому продукту специфический, характерный (привычный или приятный) аромат.
Содержание и состав ароматобразующих веществ меняются по мере созревания растений, в ходе ферментативных и тепловых процессов, особенно после разрушения плодов и ягод, при обработке кофе, ферментации чая, созревании сыров, выпечке хлеба и т д В то же время при хранении, в ходе отдельных технологических операций происходит частичная потеря аромата и вкуса Все это приводит к необходимости внесения в пищевые продукты ароматизаторов. Основными продуктами, в которых используются ароматизаторы, являются: кондитерские изделия, безалкогольные напитки, мороженое, ликероводочные изделия, сухие кисели, маргарин, сиропы, мучные кондитерские изделия, жевательная резинка, молочные продукты, пудинги, мясо и мясопродукты
В настоящее время пищевые ароматизаторы подразделяют на натуральные, идентичные натуральным и искусственные (синтетические).
Натуральные ароматизаторы включают только натуральные компоненты, т. е. химические соединения или их смеси, выделенные из натурального сырья с применением физических или биотехнологических методов.
Ароматизаторы, идентичные натуральным, содержат в своем составе минимум один компонент, идентичный натуральному, но полученный искусственным (синтетическим) путем, и могут содержать также натуральные компоненты
Искусственные (синтетические) ароматизаторы содержат минимум один искусственный компонент, т е. соединение, не идентифицированное до настоящего времени в сырье растительного или животного происхождения, полученный синтетическим путем
Не допускается ароматизация синтетическими (искусственными) душистыми веществами натуральных продуктов для усиления свойственного им естественного аромата: молока, хлеба, фруктовых соков и сиропов, какао, кофе, чая и пряностей.
Широкий ассортимент ароматизаторов, их различная химическая природа, разнообразие источников получения отдельных компонентов, их химическая чистота (большинство из них используется в виде сложной смеси соединений), многообразие сочетаний отдельных компонентов приводят к возникновению очень сложных задач при их гигиенической оценке. Необходимо учитывать безвредность отдельных компонентов и их сочетаний, определять перечень продуктов (или групп продуктов), в которых они могут быть использованы, строго соблюдать требования к чистоте отдельных компонентов. Это привело к тому, что ароматизаторы не были включены в 23 класса функциональных добавок. Существует расхождение подхода к детальному контролю ароматизаторов. Отдельные государства хотят иметь разрешенный список, и только внесенные в него ароматизаторы могут быть использованы в пищевых продуктах; другие — предлагают «смешанную» систему, включающую список разрешенных искусственных ароматизаторов и свободное использование природных ароматизаторов и их синтетических аналогов.
В Российской Федерации возможность применения ароматизаторов устанавливается нормативной документацией изготовителя, которая согласовывается при гигиенической сертификации и регистрации с Департаментом Госсанэпиднадзора Минздрава РФ с учетом рекомендаций ЕС, а также списка безопасных веществ (GRAS) Ассоциации изготовителей ароматизаторов и экстрактов РЕМА (США). Использование ароматизаторов в конкретных пищевых продуктах регламентируется утвержденными в установленном порядке технологическими инструкциями и рецептурами по изготовлению этих продуктов. Количество добавленного в продукт ароматизатора должно быть не более рекомендуемого изготовителем. Ароматизаторы, разрешенные для одной группы, при использовании их в других группах должны пройти повторное согласование в органах здравоохранения (при токсикологической оценке следует учитывать специфику каждого соединения). В пищевые продукты, предназначенные для питания детей, вводить ароматизаторы запрещено. Необходимо строго соблюдать правила информации потребителя. На упаковке пищевого продукта следует указывать наличие, характер ароматизатора и его природу.
Источники получения ароматических веществ
Источники получения ароматических веществ, применяемых в пищевой промышленности:
Получаемые ароматобразующие вещества в большинстве случаев представляют собой смесь соединений (природных или полученных искусственно), и только в отдельных случаях это индивидуальные соединения. Создание ароматобразующих композиций может быть осуществлено различными способами. Учитывая, что в большинстве случаев ароматические вещества представляют сложные смеси соединений, это требует особых подходов к их гигиенической оценке. Остановимся на основных источниках получения ароматобразующих и химических соединений, входящих в их состав.
Эфирные масла и душистые вещества
Эфирные масла (Essentialoils; Huilesessentielles; Äthenscheöle) — пахучие жидкие смеси летучих органических веществ, вырабатываемые растениями и обусловливающие их запах Эфирные масла — многокомпонентные смеси с преобладанием часто одного или нескольких компонентов. Всего из эфирных масел выделено более тысячи индивидуальных соединений. Химический состав эфирных масел непостоянен. Содержание отдельных компонентов меняется вшироких пределах даже для растений одного вида и зависит от места произрастания, климатических особенностей года, стадии вегетации и сроков уборки сырья, особенностей послеуборочной обработки, длительности и условий хранения сырья, технологии их выделения и переработки.
Химическая природа соединений, входящих в состав эфирных масел, весьма разнообразна и включает соединения, относящиеся к разным классам:
Основу их составляют терпеноиды — терпены и их кислородсодержащие производные. Они включают остатки изопреновых фрагментов и имеют полиизопреновый скелет: С10Н16(С5Н8)2.
Терпены могут быть представлены алифатическими терпенами и содержать три двойные связи; моноциклическими терпенами; бицик-лическими терпенами, а также их многочисленными и разнообразными кислородсодержащими производными. Ниже приведены основные представители групп соединений.
Приведенные выше, а также другие химические компоненты, входящие в состав эфирных масел, могут присутствовать в различном количестве, на их состав и содержание влияет способ выделения из растений.
Основные способы выделения эфирных масел из исходного сырья:
Индивидуальные натуральные ароматические компоненты выделяют из натурального сырья методами дистилляции или вымораживания, а также биотехнологическими методами.
Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки и существенно влияет на состав полученных продуктов. При выборе метода выделения учитывают содержание и состав эфирных масел, особенности сырья. Для выделения эфирных масел используют сырое сырье (например, цветы лаванды, зеленую массу сирени), подвяленное (мяту) или высушенное (ирис) сырье, подвергнутое ферментативной обработке (розы). Эфирные масла — бесцветные или зеленые, желтые, желто-бурые жидкости. Плотность менее единицы. Плохо или нерастворимы в воде, хорошо растворяются в неполярных или малополярных органических растворителях. Эфирные масла на свету, под действием кислорода воздуха легко окисляются. Концентрация эфирных масел меняется от 0,1 % (в цветках розы) до 20 % (в почках гвоздики). Для анализа жирных масел в настоящее время используют методы газожидкостной и жидкостной хроматографии.
Широкое развитие органической химии и химического синтеза в XX в. позволило осуществить синтез многих компонентов эфирных масел, сделать их более доступными и дешевыми, создать большое разнообразие ароматических смесей и их комбинаций, часто с использованием природных эфирных масел.
ЛЕКЦИЯ 8 АРОМАТИЧЕСКИЕ ЭССЕНЦИИ. ПРОИЗВОДСТВО ПИЩЕВЫХ АРОМАТИЗАТОРОВ. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА.
Эссенция - жидкий ароматизатор в пищевой промышленности.
Жидкие ароматизаторы чаще всего используются в пищевой промышленности. Ароматические вещества, которые растворены в различных жидкостях, раньше называли эссенциями. В соответствии с новым ГОСТом это определение заменено на термин «пищевые ароматизаторы». Они представляют собой все те же эфиро-маслянные эссенции разнообразных веществ.
Рассмотрим такой популярный в наше время жидкий ароматизатор, как жидкий дым. Его активно используют для придания эффекта копчения различным продуктам. И до сих пор можно столкнуться с тем, что даже профессиональные технологи, как и домашние кулинары, совершенно не имеют никакого представления о том, каким же образом дым «заталкивают в воду». Можно услышать такое мнение, что жидкий дым - химия, которая не имеет совершенно ничего общего с натуральным копчением рыбы и мяса. Но на самом деле, все гораздо проще. Древесину размалывают в опилки. Их укладывают в печь и сжигают. Параллельно воду доводят до определенной температуры, а ее пары поступают в емкости, в которые также еще поступает дым от горящих опилок. В этих емкостях и происходит процесс смешивания воды и дыма. На выходе и получается продукт, который называют «жидким дымом». Никакой химии в нем нет.
К этому следует добавить, что смолы и канцерогены - несгораемые вещества, находящиеся в дыме, не растворяются и не смешиваются в воде. Нерастворимые вещества удаляют в процессе дальнейшей переработки. Это значит, что жидкий дым является более экологичным, чем дым костра. Именно по этой причине в некоторых странах вообще запретили копчение традиционным способом, потому что во время промышленного копчения очень много канцерогенов выбрасывается в атмосферу. В этих странах единственным методом копчения является копчение при помощи жидкого дыма.
Из синтетических ароматических веществ наиболее часто используются пищевые эссенции и ванилин.
Эссенции - искусственные пищевые ароматизаторы создающиеся промышленным способом; являются синтетическими альдегидами.
Для получения натурального вкуса и аромата, свойственных какому-то продукту, химические компоненты смешивают в соответствующих пропорциях. Количество ингредиентов достигает 10-15, большая часть из них - синтетические душистые вещества. Точного сходства с натуральным ароматом достичь не очень просто. Наибольшее подобие зачастую достигается добавлением натуральных ароматических веществ, но не более 25%. Они увеличивают силу аромата в несколько раз.
Среди натуральных добавок чаще других используются соки, эфирные масла, настои. Создание синтетических эссенций контролирует Минздрав РФ. На них распространяются ГОСТы и ТУ. Изготовление разрешено на специальных предприятиях. Наиболее распространенными эссенциями являются: абрикосовая, яблочная, грушевая, земляничная, банановая, апельсиновая, вишневая, лимонная, малиновая и другие.
Ароматические пищевые эссенции, синтетические ароматические вещества, применяемые в пищевой промышленности для придания некоторым изделиям соответствующего аромата. Представляют собой сложные композиции, в состав которых входит иногда до 10-15 ингредиентов. Большую часть из них составляют синтетические душистые вещества. В некоторые эссенции для улучшения их запаха вводятся натуральные эфирные масла, настои и плодово-ягодные соки. При создании рецептуры синтетической эссенции большое значение придаётся чистоте ингредиентов, составляющих эссенцию, особенно душистым компонентам, образующим аромат эссенции.
Наиболее распространенные ароматизаторы:
Производство пищевых ароматизаторов
Промышленные ароматизаторы для пищевых продуктов обычно представляют собой сложные смеси натуральных и синтетических составляющих, разработанные так, чтобы соответствовать требованиям конкретного пищевого продукта (мороженое, спиртные напитки, хлебобулочные изделия и пр.)
Вещества, используемые для производства ароматизаторов, как правило, идентичны соответствующим веществам, встречающимся в природе.
Искусственные вкусо-ароматические вещества составляют около 20 % от перечня разрешенных для использования душистых веществ, и, хотя по степени безопасности они ничем не отличаются от идентичных натуральным, производители пищевых продуктов, следуя тенденциям рынка, стараются избегать использования ароматизаторов, содержащих искусственные вещества (то есть искусственных ароматизаторов).
Натуральное происхождение сырьевого компонента вовсе не обязательно означает его большую безопасность для потребителя. Производители синтетических душистых веществ нередко отстаивают мнение, что ароматизаторы, составленные из синтетических компонент более безопасны, благодаря более жестким стандартам чистоты и отсутствию примесей.
Натуральное сырье, по их мнению, может содержать токсичные компоненты, попавшие из природного источника в процессе извлечения натурального душистого вещества, синтетическое вещество же, как правило, более чистое и подвергается более жесткому контролю на стадии проверки его как готовой продукции.
С другой стороны, основные компоненты натуральных летучих ароматных веществ в целом лучше изучены с точки зрения токсикологии, имеют длительный период активного использования, во время которого были эмпирически установлены их основные преимущества и недостатки
Технологические примеси в синтетических продуктах длительное время могут игнорироваться производителем - до тех пор, пока не выявится их нежелательное действие.
В настоящее время Союз производителей пищевых ингредиентов (СППИ) разработал проект Федерального закона «О техническом регламенте на применение пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств», в котором предусматриваются несколько видоизмененные термины и определения.
Область применения и рекомендуемые дозировки пищевых ароматизаторов
Ароматические эссенции широко используются в кулинарии для изготовления самых различных кондитерских изделий. Это печенья, кексы, пряники, пирожные и булочки.
Жидкие пищевые ароматизаторы при добавлении их в джемы и варенья способны усилить вкус этих изделий, утерянный в процессе переработки. Ароматизаторы употребляют лишь в очень небольшой дозе - несколько капель. Например, для того, чтобы приготовить 600-700 г. ромовых баб будет достаточно добавить в пропитку всего 2-3 капли ароматизатора. Чтобы выпечь миндальное печенье общим весом в 500-700 г. в тесто добавляют 5-10 капель жидкого ароматизатора.
Используются в кондитерской, ликерно-водочной промышленности, при производстве мороженого, безалкогольных напитков, сиропов, сухих киселей.
В таблице представлены рекомендуемые дозировки. Флаконы по 10 мл 15мл и 25мл снабжены капельницей. Для флаконов по 50 мл и более рекомендовано использовать пипетку (1мл ≈ 18-20 капель или 1 капля - 0,05мл). Важно! После добавления ароматизатора необходимо тщательное перемешивание - для лучшего распределения аромата в продукте.
а) Пищевые ароматизаторы используются для придания аромата и вкуса кондитерским и хлебобулочным изделиям, молочным и кисломолочным продуктам, десертам (суфле, пудинги, мороженое, кремы, начинки), алкогольным и безалкогольным напиткам, листовому чаю.
б). Пищевые ароматизаторы могут с успехом использоваться для ароматизации помещений: кафе, ресторанов, магазинов, а также в быту.
Достаточно нанести несколько капель эссенции на ткань или пористую бумагу и поместить в нужное место. Пищевые эссенции, в отличие от освежителей воздуха, имеют приятный натуральный запах, некоторые ароматы действуют успокаивающе (ваниль, карамель, тирамису), другие создают нужное настроение (апельсин, клубника, барбарис).
Применение ароматизаторов, в том числе натуральных, не преследует цели повышения пищевой или биологической ценности пищевых продуктов, обогащения его микроэлементами или биологически активными веществами.
Единственная задача, выполняемая ароматизаторами - это улучшение вкуса и аромата пищевых продуктов. К каждому виду продукции ароматизаторы подбираются довольно длительное время. В таблице 1 представлена область применения и дозировка некоторых пищевых ароматизаторов.
Таблица 1
Область применения и дозировка некоторых пищевых ароматизаторов
|
Ароматизатор |
Область применения |
дозировка |
|
Абрикос Растворитель - пропиленгликоль |
Кондитерские и хлебобулочные изделия, молочные продукты, мороженое, алкогольные напитки, жевательная резинка, листовой чай. |
Тесто 1,5 мл/кг; кремы, суфле, муссы 0,5 мл/кг; напитки 0,5 мл/кг |
|
Айриш Крим Растворитель -пропиленгликоль |
Кремы, зефир, молочные коктейли |
Кремы, зефир, муссы 0,5-0,8 мл/кг; коктейли 0,5 мл/кг |
|
Амаретто Растворитель - триацетин |
Кондитерские изделия, напитки |
Тесто 1,5-2,0 мл/кг; крем, суфле, мармелад 0,6-1,0 мл/кг; напитки 0,5 мл/л |
|
Апельсин Жирорастворимый |
Кондитерские и хлебобулочные изделия, молочные продукты, мороженое, алкогольные напитки, жевательная резинка, листовой чай. |
Тесто 1мл/кг; кремы, муссы, суфле 0,5мл/кг |
|
Апельсиновый Водорастворимый Пропиленгликоль |
молочные продукты, кремы, муссы, суфле, мороженое, алкогольные и безалкогольные напитки. |
Напитки 0,5мл/кг; кремы 0,4-0,6 мл/кг |
|
Ананас Растворитель - пропиленгликоль триацетин |
Кондитерские изделия, безалкогольные и алкогольные напитки, молочные продукты, мороженое, масложировая продукция. |
Тесто 1,2мл/кг; кремы, муссы, суфле 0,8мл/кг Напитки 0,4мл/л |
|
Вишневый Растворитель - пропиленгликоль |
Кондитерские и хлебобулочные изд., безалкогольные и алкогольные напитки, молочные продукты, мороженое, масложировая продукция, соусы, пищевые концентраты. |
Тесто 1,2-1,8 мл/кг; кремы, муссы, суфле 0,6-0,8 мл/кг; напитки 0,2 мл/кг |
|
Банан Растворитель - пропиленгликоль триацетин |
Кондитерские и хлебобулочные изд., безалкогольные и алкогольные напитки, молочные продукты, мороженое, масложировая продукция, соусы, пищевые концентраты. |
Тесто 0,8мл/кг; кремы, муссы, суфле 0,6мл/кг; Напитки 0,1г/л |
На сегодняшний момент, конкуренция в сфере производства пищевых продуктов очень высока и потребитель постоянно делает свой выбор между сходными продуктами. Уже не достаточно просто выпускать новый тип продукции и удачно его рекламировать, необходимо наделять свой продукт максимальными потребительскими качествами, что будет побуждать потребителя приобретать Вашу продукцию снова и снова.
Люди создали мощную отрасль промышленности, которая призвана сохранять продукты питания, перерабатывать и значительно видоизменять все то, что человек вырастил сам или взял у природы. А именно, консервировать, рафинировать, замораживать, коптить, вялить, жарить, стерилизовать, пастеризовать, сушить, разрыхлять, превращать в желе и студни, ароматизировать, подкрашивать, насыщать углекислым газом, смешивать в невероятных сочетаниях, каких никогда не встретишь в естественных условиях.
Натуральные ароматизаторы могут содержать только натуральные ингредиенты, при этом источники их получения не ограничиваются.
Различия в определениях натурального статуса в разных странах, в первую очередь в США и Евросоюзе, приводят к тому, что одни и те же вкусо-ароматические вещества, полученные одним и тем же способом будут иметь различный статус. Определение натурального вещества, как в США так и в ЕС допускает называть натуральными продукты, полученные в ходе ферментно-катализируемых биохимических реакций при условии, что исходные реагенты имели натуральный статус. Однако в Европе это возможно, только если синтезировнное вещество было ранее обнаружено в каком-либо натуральном продукте.
Из ароматических веществ наибольшее распространение имеют ароматические эссенции самых разнообразных рецептур. В связи с этим особое внимание обращается на характер, свойства и чистоту ингредиентов, составляющих эссенцию.
Душистые компоненты, образующие ароматические эссенции, возможно, в большей степени, чем сами эссенции, требуют тщательного и углубленного изучения. Многие из компонентов, входящих в состав синтетических ароматических эссенций, далеко не безразличны для животного организма.
Пищевые добавки улучшают качество сырья и конечного продукта, сроки и условия хранения, упрощают различные производственные процессы.
По данным Euromonitor в 2004 г. рынок ароматизаторов в России составлял $98 млн., прогноз на 2007 г. - $110 млн. Он сформировался не так давно, но его уже можно назвать структурированным и довольно прозрачным. Туда по-прежнему не закрыт вход для новых игроков, однако конкуренция между компаниями становится все более жесткой. Доля российских производителей на этом рынке - 30-40%, и она понемногу растет. Но в целом российский рынок еще невелик - в денежном выражении он составляет около 3% мирового рынка.
Ароматизаторы позволяют пищевикам без дополнительных затрат на базе одной стандартной рецептуры значительно увеличить ассортимент выпускаемой продукции. Благодаря им, одного только мороженого можно выпускать десятки наименований, и каждое будет иметь свой вкусовой оттенок.
Итак, применение ароматизаторов позволяет:
Единственная задача, выполняемая ароматизаторами - это улучшение вкуса и аромата пищевых продуктов. К каждому виду продукции ароматизаторы подбираются довольно длительное время.
Некоторые компоненты ароматизаторов могут растворяться только в спирте. Поскольку все компоненты завозятся из-за рубежа, возникают таможенные проблемы. Если ароматизатор содержит более 1,5 % спирта, необходимо получить лицензию на продажу спиртосодержащей продукции. То есть, в данном случае производитель ароматизаторов приравнивается к производителю водки или вина. Многие компании по этой причине сняли с поставки целый класс ароматизаторов - экстракты, где 60% спирта. Цены на ароматизаторы достаточно стабильны, считают специалисты. На некоторые их виды, наиболее простые и используемые почти всеми предприятиями пищевой промышленности в больших объемах (таких как ароматизаторы горчицы или ванили) цены даже снижаются. На уникальные же ароматы они остаются стабильными. Ароматизаторы класса «премиум», например, изготавливаются из дорогого сырья с использованием новых технологий, их разработка иногда длится полгода, а то и год, плюс затраты времени и средств на сертификацию, - все эти факторы удерживают ценовую планку достаточно высоко.
Цены за последние годы выросли из-за роста цен на энергоносители, это касается и отечественной и импортной продукции («Комбинат химико-пищевой ароматики», «Скорпио-Аромат»).
По поводу тенденций, превалирующих на рынке ароматизаторов, мнения разделились. Все едины только в одном - будет расти потребность в натуральных ароматах. К термину «идентичный натуральному» до сих пор относятся настороженно, а слово «искусственный» на этикетке продукта и вовсе отпугивает потребителя. Конечно же, доля ароматизаторов, идентичным натуральным, преобладает на рынке. И в дальнейшем, учитывая успехи химической промышленности, данный сектор будет только пополняться. Бояться использовать ароматы, идентичные натуральным, не следует, поскольку полученные химическим синтезом ароматические вещества, входящие в их состав, полностью повторяют натуральные.