Lăcrămioara Oprică
BIOCHIMIA PRODUSELOR ALIMENTARE
Referenţi ştiinţifici: Prof. dr. Carmen SOCACIU Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară Cluj-Napoca Facultatea de Agricultură Prof. dr. Vlad ARTENIE Universitatea „Al. I. Cuza” Iaşi Facultatea de Biologie
Str. Pinului nr. 1A 700109 Iaşi Tel./fax: 0232 260092 E-mail:
[email protected] http://www.tehnopress.ro Editură acreditată CNCSIS, cod CNCSIS 89 Tehnoredactare computerizată: Lector dr. Lăcrămioara OPRICĂ (
[email protected]) Coperta: Alexandru MARIN
Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României OPRICĂ, LĂCRĂMIOARA Biochimia produselor alimentare / Lăcrămioara Oprică. – Iaşi: Tehnopress, 2011 Bibliogr. ISBN 978-973-702-898-3 577.1:664
Lăcrămioara Oprică
BIOCHIMIA PRODUSELOR ALIMENTARE
IAŞI – 2011
CUPRINS I. PRINCIPALII CONSTIUIENŢI AI ALIMENTELOR ............................................... 1. Generalităţi privind compoziţia alimentelor ................................................................. 2. Apa .................................................................................................................................... 2.1. Proprietăţi ale apei în alimente ....................................................................................... 2.1.1. Proprietăţi fundamentale ale apei .......................................................................... 2.1.2. Disponibilitatea apei în alimente ........................................................................... 2.2. Activitatea apei şi conservarea alimentelor .................................................................... 2.2.1. Activitatea apei şi reacţiile de oxidare .................................................................. 2.2.2. Activitatea apei şi brunificarea neenzimatică ....................................................... 2.2.3. Activitatea apei şi brunificarea enzimatică ........................................................... 2.2.4. Activitatea apei şi dezvoltarea microorganismelor .............................................. 3. Elemente minerale ........................................................................................................... 3.1. Sursa alimentară a macroelementelor şi rolul acestora ................................................... 3.2. Sursa alimentară a oligoelementelor şi rolul acestora .................................................... 3.3. Sursa alimentară a microelementelor şi rolul acestora ................................................... 4. Aminoacizi, peptide, proteine ......................................................................................... 4.1. Aminoacizii ..................................................................................................................... 4.1.1. Clasificarea aminoacizilor ..................................................................................... 4.1.2. Proprietăţile aminoacizilor ..................................................................................... 4.2. Peptide şi proteine ........................................................................................................... 4.2.1. Peptide naturale importante ................................................................................... 4.3. Structura proteinelor ....................................................................................................... 4.4. Clasificarea proteinelor ................................................................................................... 4.5. Proprietăţile funcţionale ale proteinelor ......................................................................... 4.5.1. Proprietăţi de hidratare ........................................................................................... 4.5.2. Proprietăţi de structură (textură) ............................................................................ 4.5.3. Proprietăţi de suprafaţă .......................................................................................... 4.6. Digestia proteinelor alimentare ....................................................................................... 4.6.1. Utilizarea industrială a enzimelor proteolitice ....................................................... 4.7. Reacţii implicate în prelucrarea alimentelor ................................................................... 4.7.1. Reacţia Maillard – brunificarea neenzimatică ....................................................... 4.7.2. Incidente ale reacţiei Mailllard în tehnologia alimentară ...................................... 5. Glucide .............................................................................................................................. 5.1. Clasificare şi izomerie .................................................................................................... 5.2. Oze .................................................................................................................................. 5.2.1. Oze atipice ............................................................................................................. 5.2.2. Poliolii – derivaţi ai monoglucidelor ..................................................................... 5.3. Ozide ............................................................................................................................... 5.3.1. Holozide ................................................................................................................. 5.3.1.1. Oligozide .................................................................................................... 5.3.1.2. Poliozide .................................................................................................... 5.3.1.2.1. Homopoliozide ................................................................................. 5.3.1.2.2. Heteropoliozide ................................................................................ 5.3.2. Glicozide ................................................................................................................
11 11 16 17 17 19 21 21 22 23 23 24 26 29 32 34 34 35 35 38 39 40 47 54 55 57 58 29 60 61 61 66 67 67 68 74 74 76 76 76 82 83 91 99
6. Lipide ................................................................................................................................ 103 6.1. Clasificarea lipidelor ....................................................................................................... 103 6.2. Acizi graşi ....................................................................................................................... 105
6.3. Lipide simple .................................................................................................................. 6.4. Lipide complexe ............................................................................................................. 6.5. Compuşi cu caracter lipidic (lipoide) .............................................................................. 6.6. Implicarea lipidelor în formarea membranelor biologice ............................................... 6.7. Oxidarea lipidelor ........................................................................................................... 6.7.1. Mecanism general al autooxidării neenzimatice a lipidelor .................................. 6.7.2. Autooxidarea enzimatică a lipidelor ...................................................................... 6.7.3. Factori implicaţi în oxidarea lipidelor ................................................................... 7. Vitamine ............................................................................................................................ 7.1. Stabilitatea vitaminelor ................................................................................................... 7.2. Utilizările vitaminelor ..................................................................................................... 8. Pigmenţi ............................................................................................................................ 8.1. Pigmenţi porfirinici ......................................................................................................... 8.2. Pigmenţi flavonoidici ...................................................................................................... 8.3. Pigmenţi carotenoidici .................................................................................................... 8.4. Alţi compuşi .................................................................................................................... II. BIOCHIMIA PRINCIPALELOR ALIMENTE .......................................................... 9. Lapte şi produse lactate ................................................................................................... 9.1. Compoziţie chimică ........................................................................................................ 9.2. Proprietăţile fizico-chimice ale laptelui .......................................................................... 9.3. Metode de conservare termică a laptelui ........................................................................ 9.4. Produse obţinute din lapte ............................................................................................... 9.4.1. Tehnologia generală de obţinere a brânzeturilor ................................................... 10. Ouă .................................................................................................................................. 10.1. Structura oului ............................................................................................................... 10.2. Valoarea nutritivă a oului ............................................................................................. 10.3. Proprietăţile funcţionale ale oului ................................................................................. 10.4. Controlul prospeţimii ouălor ......................................................................................... 11. Carne ............................................................................................................................... 11.1. Compoziţie chimică ...................................................................................................... 11.2. Modificări biochimice normale care au loc în carne după sacrificarea animalului şi importanţa lor practică .............................................................................................. 11.3. Modificări biochimice ale cărnii în timpul procesării, conservării şi depozitării ......... 11.3.1. Efectele tratamentul termic asupra proprietăţilor cărnii ...................................... 11.3.2. Modificări ale calităţii produselor din carne în urma deshidratării ..................... 11.3.3. Efectele proceselor de sărare şi afumare asupra calităţii produselor din carne ... 11.3.4. Influenţa proceselor refrigerare şi congelare asupra calităţii produselor din carne ................................................................................................................ 12. Organisme acvatice marine - peşte şi fructe de mare ................................................. 12.1. Peşte .............................................................................................................................. 12.1.1. Compoziţie chimică ............................................................................................. 12.1.2. Modificări apărute după sacrificare ..................................................................... 12.1.3. Metode de conservare a peştelui şi preparatelor din peşte ................................... 12.2. Fructe de mare .............................................................................................................. 12.2.1. Crustacee .............................................................................................................. 12.2.2. Moluşte ................................................................................................................ 12.2.3. Compoziţie chimică ............................................................................................. 13. Grăsimi şi uleiuri alimentare ........................................................................................ 13.1. Originea specifică a grăsimilor şi uleiurilor ................................................................. 13.1.1. Grăsimi animale ...................................................................................................
112 118 123 125 126 127 128 128 130 131 135 144 144 146 154 157 163 163 163 177 178 181 185 191 191 196 197 198 200 200 212 216 216 218 219 221 225 225 225 230 231 231 231 232 232 235 236 236
13.1.2. Uleiuri de origine vegetală ................................................................................... 13.1.2. 1. Obţinerea uleiurilor vegetale .................................................................. 13.2. Tratamente şi modificări ale materiilor grase ............................................................... 14. Cereale şi produse cerealiere ........................................................................................ 14.1. Generalităţi referitoare la cereale .................................................................................. 14.1.2. Compoziţie chimică ............................................................................................. 14.2. Pâinea ............................................................................................................................ 14.2.1. Făina ..................................................................................................................... 14.2.2. Aluatul ................................................................................................................. 14.3. Pastele făinoase ............................................................................................................. 15. Leguminoase ................................................................................................................... 16. Legume ............................................................................................................................ 16.1. Compoziţie chimică ................................................................................................ 16.2. Modificări ale compoziţiei şi calităţii legumelor prin prelucrare tehnologică ........ 17. Fructe .............................................................................................................................. 17.1. Compoziţie chimică ................................................................................................ 17.2. Modificări biochimice apărute în procesul de coacere a fructelor .......................... 17.3. Modificări ale compoziţiei şi calităţii fructelor prin prelucrare tehnologică .......... 18. Zahărul şi mierea ........................................................................................................... 18.1. Zahărul .......................................................................................................................... 18.1.1. Proprietăţi nutritionale şi fiziologice ................................................................... 18.1.2. Procese implicate în fabricarea zahărului ............................................................ 18.1.3. Alte surse pentru producerea de zahăr ................................................................. 18.1.4. Tipuri de zahăr ..................................................................................................... 18.1.5. Melasa .................................................................................................................. 18.2. Mierea ........................................................................................................................... 18.2.1. Tipuri şi producţia de miere ................................................................................. 18.2.2. Compoziţie chimică ............................................................................................. 18.2.3. Depozitarea mierii ................................................................................................ 18.2.4. Falsificarea mierii ................................................................................................ 18.2.5. Produse apicole .................................................................................................... 19. Băuturi alcoolice ............................................................................................................ 19.1. Vinul ............................................................................................................................. 19.1.1. Compoziţie chimică ............................................................................................. 19.1.2. Bolile vinului ....................................................................................................... 19.1.3. Defectele vinului .................................................................................................. 19. 2. Berea ............................................................................................................................ 19.2.1.Tipuri de bere ........................................................................................................ 19.2.2. Defecte ale berii ................................................................................................... 19.2.3. Substanţe secretate de hamei ............................................................................... 19.3. Whisky .......................................................................................................................... 20. Cafea, Ceai, Cacao ......................................................................................................... 20.1. Cafea ............................................................................................................................. 20.1.1. Cafea verde .......................................................................................................... 20.1.2. Cafea prăjită ......................................................................................................... 20.1.3. Compoziţie chimică ............................................................................................. 20.2. Ceai ............................................................................................................................... 20.2.1. Compoziţie chimică ............................................................................................. 20.3. Cacao ............................................................................................................................ 21. Condimentele şi sarea ....................................................................................................
239 245 248 251 251 252 258 258 259 261 262 268 268 277 285 285 294 296 300 301 302 303 304 304 305 305 306 307 310 310 310 313 315 317 320 321 323 327 327 328 329 332 332 332 333 334 337 339 344 347
21.1. Condimente ................................................................................................................... 21.1.1. Compoziţie chimică ............................................................................................. 21.2. Sarea ............................................................................................................................. 21.2.1. Compoziţie .......................................................................................................... 21.2.2. Tehnici de producţie ............................................................................................ 21.2.3. Tipuri de sare ...................................................................................................... 22. Aditivi alimentari şi auxiliari tehnologici .................................................................... 22.1. Originea aditivilor alimentari ........................................................................................ 22.1.1. Funcţiile şi categoriile de aditivi alimentari ........................................................ 22.2. Auxiliari tehnologici ..................................................................................................... 22.3. Coloranţi alimentari ...................................................................................................... Bibliografie ...........................................................................................................................
347 347 353 353 354 354 356 358 359 369 379 375
„Tell me what you eat and I will tell you what you are” Jean Anthelme Billat Savarin (1755-1826)
Alimentaţia omului reprezintă unul din stâlpii fundamentali ai construcţiei sale, elementul esenţial al vieţii însă, constituie probabil, şi cauza principală a bolilor sau a morţii. Sănătatea şi echilibrul fiecărui individ se află în corelaţie directă cu hrana. Pentru a asigura cerinţele fiziologice, alimentaţia cotidiană a fiecărui individ trebuie să cuprindă o cantitate suficientă de diferiţi macronutrienţi (proteine, lipide, glucide) şi micronutrienţi (vitamine, minerale şi oligoelemente). Macronutrienţii sunt necesari în cantităţi mai mari, spre deosebire de aportul relativ scăzut al micronutrienţilor. A mânca este o necesitate, deoarece organismul uman este format dintr-un ansamblu de aproximativ 60.000 miliarde de celule ale căror cerinţe nutritive sunt permanente. Ingerarea alimentelor furnizează celulelor constituenţi nutritivi (nutrienţi energetici şi plastici indispensabili), dar şi substanţe nenutritive (agenţi de aromă) sau uneori nedorite (substanţe toxice). Alimentele constituie suportul material al vieţii, deoarece substanţele preluate din natură suferă transformări în urma ingerării. Acestea sunt necesare formării ţesuturilor şi menţinerii funcţiilor organismului viu. Alimentele sunt amestecuri complexe de substanţe numeroase şi variate, iar analiza lor imediată permite distingerea celor organice de cele anorganice. Calitatea alimentelor poate fi descrisă atât de caracteristicile senzoriale (subiective) cât şi de caracteristicile nutriţionale (obiective). Deşi calitatea senzorială a alimentelor (exprimată prin aspect, gust, culoare, aromă, textură şi palatabilitate sau exprimată obiectiv prin indice de saţietate) este importantă aceasta nu este suficientă dacă nu se ia în considerare calitatea intrinsecă a profilului nutriţional, exprimată prin indicele de densitate energetică (conţinut echilibrat de macronutrienţi, micronutrienţi), indicele şi încărcătura glicemică (capacitatea glucidelor din alimente de a induce
producerea mai mare sau mai mică a insulinei de pancreas) şi scorul antioxidant (capacitatea antioxidantă a alimentelor). Valoarea nutritivă a unui aliment, caracteristica principală a unui produs alimentar, este dată de compuşii biochimici existenţi, iar valorificarea produselor şi prelucrarea materiilor prime din industria alimentară au ca scop păstrarea calităţilor şi, eventual, obţinerea unor calităţi suplimentare. Compuşii biochimici din produsele alimentare sunt foarte labili, aceştia suferind transformări mai mult sau mai puţin accentuate în timpul depozitării, prelucrării tehnologice şi conservării sub acţiunea factorilor fizici şi biochimici. Aceste transformări se reflectă atât asupra valorii nutritive, cât şi asupra calităţilor organoleptice şi comerciale ale produsului. Un aliment este de calitate dacă este capabil să asigure cerinţele nutritive ale organismului, fără să afecteze starea de sănătate a persoanelor care îl consumă, respectând regula celor trei „S”: sănătate, securitate şi savoare. În prezent, consumatorii solicită multe informaţii cu privire la influenţa alimentelor asupra sănătăţii, cu scopul de a putea alege alimentele în conformitate cu un număr mare de criterii (originea ingredientelor, tratamentele de prelucrare şi de conservare). În plus, consumatorii, trebuie să ştie de ce şi cum un ingredient a fost adăugat sau utilizat într-un anumit proces. În această carte sunt prezentate aspecte privind compoziţia chimică a alimentelor, unele procese chimice şi biochimice care pot apărea în timpul prelucrării, depozitării şi manipulării produselor alimentare. Prima parte a lucrării cuprinde prezentarea unor aspecte structurale ale principalelor biomolecule de interes alimentar (proteine, glucide, lipide, apă, săruri minerale vitamine), precum şi unele aplicaţii ale acestora în industria alimentară. În partea a doua sunt descrise principalele grupe de alimente (lapte, carne, ouă, cereale, fructe, legume, leguminoase, băuturi alcoolice), insistându-se pe compoziţia, provenienţa şi rolul acestora în nutriţia omului; de asemenea, sunt tratate rolul anumitor molecule în alimentele elaborate (gust, textură gel, spumă, emulsii) şi posibilele procese ori transformări care au loc în timpul conservării sau preparării alimentelor.
Ca să reuşeşti în viaţă trebuie, pe lângă inteligenţă şi noroc, să ai dragoste pentru muncă şi să iubeşti profesia aleasă. Toate acestea s-au combinat într-un mod fericit în activitatea doamnei lector dr. Lăcrămioara Oprică, licenţiată a Facultăţii de Biologie a Universităţii „Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi, promoţia 1993. Imediat după absolvirea secţiei de specializare, doamna dr. Oprică se dedică activităţii de cercetare ştiinţifică, în cadrul Institutului de Cercetări Biologice Iaşi, unde, într-o perioadă scurtă de timp ajunge cercetător ştiinţific principal gradul III. În calitate de cercetător ştiinţific abordează aspecte biochimice, fiziologice şi biotehnologice privind unele microorganisme de interes practic. În 2004 ocupă prin concurs un post de asistent universitar la disciplinele de biochimie din cadrul Catedrei de Biochimie-Genetică-Microbiologie a Facultăţii de Biologie Iaşi. În 2005 a obţinut titlul de doctor în Biologie, specialitatea Biochimie, susţinând teza de doctorat cu titlul Cercetări asupra unor procese metabolice la unele specii celulozolitice în diferite condiţii de creştere. Din 2007, devine lector la disciplinele de biochimie (Biochimie generală, Biochimia produselor alimentare) din cadrul Laboratorului Profesional de Biochimie şi Biologie Moleculară de la aceeaşi facultate. În calitate de cadru didactic a coordonat lucrări de licenţă şi disertaţie, fiind de asemenea coautor la un curs universitar şi la un dicţionar poliglot de biotehnologie. În perioada 1995-2011, doamna dr. Oprică a participat, în calitate de colaborator, la 23 de proiecte de cercetare ştiinţifică iar această activitate s-a concretizat în publicarea unui număr de 98 de lucrări ştiinţifice originale, din care 4 au fost publicate în reviste cotate ISI. A participat, de asemenea, la numeroase manifestări ştiinţifice naţionale şi internaţionale. Prof. dr. Vlad ARTENIE
„Cartea de faţă reprezintă, fără îndoială, o (re)sursă didactică aşteptată în ultimii ani, de informaţie utilă, oportună şi actualizată printr-o documentare profesionistă, care se adresează nu numai studenţilor şi doctoranzilor, dar şi cadrelor didactice, specialiştilor (bio)chimişti implicaţi în cercetare şi dezvoltare tehnologică, în expertiza alimentară (calitate şi siguranţă), cu implicaţii în (bio)tehnologiile agroalimentare şi domeniile conexe” Prof. dr. Carmen Socaciu
“Toute connaissance est une réponse à une question” Bachelard Gaston
