Bromatologija Ukupno v 1

UNIVERZITET U BIHAĆU Visoka medicinska škola

BROMATOLOGIJA Interna skripta Izabrana poglavlja

Prof. dr. sc. Ibrahim Mujić

2

ZNAČENJE I ULOGA PREHRANE Prehrana je značajan faktor okoline čiji se utjecaj na zdravlje očituje tijekom čitavog života pojedinca. Hrana osigurava energiju potrebnu za rast, tjelesnu aktivnost i ostale tjelesne funkcije, pruža nam hranjive i zaštitne tvari. Razumna prehrana u suvremenoj civilizaciji nije samo osnovni uvjet preživljavanja, odgovarajuće intelektualne i radne sposobnosti. Hrana je jedan od činitelja socijalnog i društvenog statusa, individualnog i kolektivnog ponašanja, zdravlja i načina života. Upotrebljava li se umjereno, razborito i razumno, hrana je najbolje jamstvo otpornosti organizma prema bolestima i nepovoljnim uvjetima okoline. Ako se upotrebljava manje razumno, preobilno, jednolično ili nedovoljno, može postati

izvorom

preopterećenosti

ili

trovanja

organizma,

uzrokom

različitih

"civilizacijskih" bolesti ili neotpornosti organizma prema bolestima i tegobama suvremenog života. Hrana

može

postati

pomodarstvo,

sedativ,

stimulans,

predmet

uživanja

ili

mistifikacije osnovnih životnih potreba, načina života, odnosa prema radu, okolini i sl. Uzroci bolesti, pa time i njihovo sprečavanje, kriju se u našim nasljednim osobinama i navikama prehrane i načina života, te u okolini. Hrana koju svakodnevno konzumiramo sadrži specifične kemijske sastojke od kojih su neki poznati i dobro kvantificirani, a moguće ih je svrstati u nekoliko skupina: ▪ glavne energetske tvari, ▪ esencijalne prehrambene tvari, ▪ prehrambeni aditivi, ▪ prirodni toksini, kemijski kontaminanti, ▪ foksini uslijed mikrobiološke kontaminacije, ▪ kemijski spojevi koji nastaju tijekom pripreme i prerade namirnica. Prema Zakonu o hrani objavljenom u Narodnim novinama br. 117/03., Hrana je:svaka tvar ili proizvod koji je prerađen, poluprerađen ili neprerađen, a namjenjen je ljudskoj konzumaciji ili se može očekivati da će ga ljudi konzumirati. Pojam hrane: razna pića, gazirana pića, žvakaću gumu, prehrambene aditive i bilo koju drugu tvar koja se namjerno ugrađuje u hranu radi poboljšanja njenih svojstava. 3

Hrana je i voda: za opskrbu pučanstva kao voda za piće, ona koja se koristi i/ili ugrađuje u hranu prilikom njene obrade; mineralna voda, stolna voda i izvorska voda. Usvojene vrijednosti i kriterije za odabir hrane čovjek je evolucijom izgubio, tako da danas odabire onu hranu koju voli, a ne hranu koja zadovoljava njegove potrebe na energiji i hranjivim tvarima. Zbog sve veće ponude različitih namirnica na tržištu, prehrana je postala više ili manje kvalitetna i raznolika. EVOLUCIJA PREHRANE Evolucija ljudske prehrane bila je oblikovana klimom, tlom, kulturom i drugim strukturama života. Možemo razlikovati tri različita osnovna tipa prehrane kroz ljudsku evoluciju: 1. sakupljač - lovac, 2. poljoprivrednik, 3. urbano-industrijski. 1. tip: sakupljač - lovac ▪ preživljavali sakupljajući plodove, hvatajući divljač i morsku hranu, ▪ sol, šećer i masti koristili najčešće za konzerviranje hrane u doba nedostatka hrane ili migracija plemena, ▪ nedostatak soli u prehrani, evolucijski natjeran organizam na ekstrahiranje, apsorpciju i reciklaciju natrija iz hrane. 2. tip: poljoprivrednik ▪ razvoj poljodjelstva različit (klima, kultura naroda), ▪ kultivacija različitih žitarica omogućila razvoj tržišta i gradova, ▪ lov divljači zamijenjen uzgojem peradi i domaćih životinja, ▪ meso samo u prigodnim slučajevima, osim u bogatih i onih uz obalu (morski plodovi), ▪ unos alkogola i tjelovježba (sezonski) ovisi o agrarnom stilu života, ▪ kraći životni vijek (infekcije, nesreće...). 3. tip: urbano-industrijski

4

▪ kao posljedica industrijske revolucije, nagla promjena prehrane, osobito u sjevernoj Americi i Europi, ▪ jačanjem i razvojem poljoprivredne i prehrambene industrije dolazi do razvoja novih proizvoda (slastice, pekarstvo, mesni ili mliječni proizvodi), ▪ dolazi do masovne proizvodnje postojećih proizvoda iz domaćinstva (marmelada, čokolada, sirevi, kobasice, konzervirani proizvodi...), ▪ započinje porast konzumacije masti (meso, mliječni proizvodi, slastice, margarin...). Upoznavanje kemijskog sastava hrane krenulo je preko utvrđivanja njenih fizikalnokemijskih promjena u 18. st. (fermentacija) i izolacijom kemijskih tvari iz nje. Veća količina znanja o hrani i prehrani počela je tek početkom 20. st., kad su bile otežane prilike u svijetu (1. i 2. svjetski rat) — razvoj i nastanak novih proizvoda, povećanje njihovog broja, pronalazak načina i uvjeta za čuvanje trajnosti proizvoda kako bi se održala kakvoća i prehramebena vrijednost. Počeci čuvanja hrane od kvarenja datira od prije 2000 godina (Epikur, začinjeni sir). Od 1810. počinje nagli razvoj patenata i otkrića u vezi konzerviranja i zaštite hrane. U današnje vrijeme proizvodnja hrane ne može se zamisliti bez aditiva i konzervansa. Hrana u suvremenom svijetu postaje sve više roba kao i svaka druga, ali ipak različita zbog zahtjeva zdravstvene ispravnosti, pokvarljivosti i osjetljivosti u prometu namirnicama. Zato su potrebni zakonski propisi, čijim poznavanjem, kao i poznavanjem proizvođača prehrambenih proizvoda određujemo kakvoću prehrambenog proizvoda i predmeta opće uporabe. Republika Hrvatska ima svoje temeljne zakone važne za poznavanje prehrambenih proizvoda i predmeta opće uporabe, iz kojih se izvode ostali zakoni, pravilnici, propisi, odluke, rješenja i drugi propisi o zdravstvenoj ispravnosti i kakvoći namirnica. Znanstvena i stručna područja zanimanja stručnjaka za poznavanje i proučavanje prehrambenih proizvoda. Znanost o prehrani: - industrijska proizvodnja hrane, - prehrambena tehnologija, - umijeće kuhanja, - skladištenje namirnica, 5

- ekonomija i marketing, - molekularna biologija, - iziologija, - biokemija hrane, - dijetetika, - sociologija i psihologija prehrane, - higijena i toksikologija prehrane, - mikrobiologija hrane. Zašto se hranimo onako kako se hranimo? Naš svakodnevni izbor namirnica i način prehrane može imati određene učinke na zdravlje, pa kvaliteta hrane predstavlja jedan od problema javnog zdravstva. Utvrđivanje prioriteta u promjeni prehrambenih navika stanovništva, značajno pridonosi boljem razumijevanju čimbenika koji utječu na izbor namirnica. Na izbor namirnica i jela, kao i na svako složeno ljudsko ponašanje može utjecati niz različitih čimbenika. Iako prehranu svakako reguliraju glad i sitost, ono što jedemo nije određeno isključivo fiziološkim i hranjivim potrebama. Ostali čimbenici koji mogu utjecati na izbor namirnica i jela su: ▪ osobni izbor (senzorska svojstva hrane), ▪ tradicija ili stečeno ponašanje (obitelj, okolina, nasljedstvo), ▪ socijalni pritisak (okolina koja nudi 1 tip prehrane), ▪ dostupnost (tip hrane koja je pri ruci i može se odmah konzumirati, ▪ komoditet (nedostatak vremena da bi se hrana pripremila), ▪ ekonomski uvjeti (ograničena sredstva), ▪ prehrambena vrijednost hrane (kada se misli da je neka hranjiva tvar potrebna organizmu). Uravnotežena prehrana: ▪ preporuke (znanost i alternativa), ▪ svjetonazor (duhovnost i komunikacija), ▪ kakvoća života (aktivnost, sadržaj), ▪ okolina (otuđenost i onečišćenost), ▪ genetika (nasljedne osobine), 6

▪ navike (dobre, loše). Ovi čimbenici međusobno povezani utječu jedan na drugi. Prehrana i zdravlje: ▪ proizvodnja i potrošnja hrane, ▪ kupovna moć populacije, ▪ onečišćenje okoliša, ▪ struktura potrošača, ▪ zakonski propisi, nadzor i kontrola, ▪ međunarodno okruženje, ▪ zdravstveno prosvjećivanje (publikacije, edukacije, mediji). HRANJIVOST NAMIRNICA Prehrambena vrijednost namirnica s obzirom na udjel bjelančevina, vitamina i minerala u odnosu na energetsku vrijednost namirnice, uz zadovoljenje kriterija okusa i zasitnosti. Hranjive tvari su tvari koje organizam dobije iz hrane i koristi za rast, razvoj i održavanje organizma. Esencijalne hranjive tvari su one tvari koje organizam nije u stanju sam proizvest, već ih je potrebno hranom unijeti u organizam. Svaka namirnica treba osigurati potrebne hranjive tvari koje moraju zadovoljiti 3 osnovne funkicije u organizmu: 1. opskrbljivanje energijom (ugljikohidrati, masti...), 2. izgradnja i održavanje tjelesnog tkiva (bjelančevine, minerali, vitamini...), 3. reguliranje tjelesnih procesa (bjelančevine, minerali, vitamini...). Ako su zadovoljena ova 3 uvjeta onda je namirnica hranjiva, ako ima manje od toga onda je jestiva. Hranjivost namirnica definira se indeksima: IFQ - hranjivost kvalitete hrane, INQ - indeks kvalitete hranjivih tvari.

7

21. STOLJEĆE/WHO Smanjiti preranu smrt - najveći je izazov čovječanstvu. Tijekom 20. stoljeća produljio se životni vijek, ali 2 od 5 ljudi u svijetu umire prije 50 godine. Prosječni životni vijek na kraju 20. stoljeća je 66 godina, a za 2025. predviđa se oko 73 godine. Glavni uzroci smrti na kraju 20. stoljeća (od ukupno 52,2 milijuna) su: ▪ 17,3 milijuna umro je od infektivnih bolesti, ▪ 15,3 milijuna od poremećaja u krvožilnom sustavu, ▪ 2,9 milijuna od bolesti dišnih putova, ▪ 3,6 milijuna izazvanih perinatalnim stanjima. Do 2025. godine predviđa se: ▪ zdraviji i dulji život za najveći broj ljudi do sada, a prerana smrt (manje od 50 godina starosti) 2025. godine biti će smanjena za 50%, ▪ znatno manji broj djece i dojenčadi umirat će od gladi i infektivnih bolesti, ali još uvijek umirati će oko 5 milijuna djece na godinu mlađe od 5 godina, ▪ populacija će dosegnuti broj od 8 milijardi, ▪ obitelji će u prosjeku imati 2,3 djeteta, ▪ očekuju se značajne reorganizacije u zdravstvu na nivou država i međunarodnih organizacija, ▪ posebna briga i skrb organizirati će se osobito za žene i starije osobe, ▪ svega 20% populacije biti će mlađe od 20 godina, ▪ više ljudi živjet će dulje (svaki 10. biti će stariji od 65. godina), u slijedećih 25 godina populacija od 65 i više godina povećati će se za oko 88%, ▪ 4 od 10 umrlih biti će starije od 75 godina, ▪ veći broj ljudi nego ikada živjeti će u gradovima (59% u gradu, 41% na selu), ▪ u industrijaliziranim zemljama bolesti srca, moždani udari i rak i dalje će biti vodeći uzroci smrti, a predviđa se i porast smrtnosti od nekih vrsta raka, ▪ zemlje u razvoju suočiti će se s nezaraznim bolestima kao rezultat prihvaćanja "zapadnjačkog" načina života i rizičnih čimbenika (pušenje, prehrana, slaba tjelesna aktivnost). WHO i FAO preporučuju obuhvatiti: 8

▪ razvojnu politiku za unapređenje prehrane, ▪ osigurati kontinuiranu opskrbu potrebnih količina namirnica, ▪ osigurati kakvoću i zdravstvenu ispravnost namirnica, ▪ osigurati nadzor i kontrolu zaraznih bolesti, ▪ promicati dojenje, ▪ osigurati prehranu za osobite skupine pučanstva, ▪ rješavati prehrambene deficite, ▪ promicati pravilnu prehranu i zdrav način života, ▪ pratiti stanje uhranjenosti populacije. Ciljevi: ▪ povećati broj pravilno uhranjenih osoba u populaciji za 20%, ▪ postići bolju informiranost i više znanja o pravilnoj prehrani, ▪ modifikacija prehrambenih navika: - smanjiti ukupnu potrošnju soli za 20%, - smanjiti energetski udjel masti za 15%, - povećati potrošnju voća i povrća za 25%, - smanjiti potrošnju rafiniranih ugljikohidrata, - povećati potrošnju svježe ribe, ▪ smanjiti prevalenciju anemija uslijed nedostatka željeza, osobito u djece, trudnica i dojilja, ▪ potpuno eradicirati problem nedostatka joda, ▪ povećati stopu dojenja na 50-60%, ▪ osigurati kontinuirano praćenje stanja uhranjenosti i prehrane pučanstva, ▪ smanjiti učestalost alimentarnih infekcija, intoksikacija i drugih izazvanih kontaminiranim namirnicama, ▪ osigurati zdravstvenu ispravnost namirnica i njeno rukovanje (HACCP), ▪ smanjiti incidenciju karijesa. HRVATSKA PREHRAMBENA POLITIKA Ministarstvo zdravstva i Hrvatski zavod za javno zdravstvo, uz podršku Hrvatske akademije medicinskih znanosti i Nacionalnog vijeća za zdravstvo, izradili su i 1999. godine izdali dokument "Hrvatska prehrambena politika". 9

U dokumentu su na temelju ocjene prehrane pučanstva u Hrvatskoj, određeni ciljevi i prioriteti akcijskog plana te su predložene mjere za unaprijeđenje prehrane. Temelj naše nacionalne prehrambene politike su: ▪ praćenje prehrambenog stanja populacije, ▪ javno-zdravstveni programi prevencije prehrambenih deficita (jod-deficitarnih, anemija), te ▪ promicanje pravilne prehrane i unaprijeđenje kvalitete prehrane. CILJEVI PREHRAMBENE POLITIKE 1. za 20% smanjiti broj nepravilno uhranjenih (pothranjeni, pretili), 2. za 20% smanjiti prevalenciju sideropenične anemije, 3. eliminirati deficit joda, 4. smanjiti prevalenciju karijesa, 5. postići bolju informiranost populacije o pravilnoj prehrani, 6. osigurati zdravstvenu ispravnost namirnica i smanjiti učestalost bolesti i stanja uzrokovanih kontaminiranim namirnicama i hranom, 7. modifikacijom prehrambenih navika utjecati na smanjenje kroničnih nezaraznih bolesti uzročno vezanih s prehranom, tj. smanjiti potrošnju soli,

rafiniranih

ugljikohidrata, smanjiti udio masti za 15% (~6 g) - zasićenih masti, povećati potrošnju svježeg voća i povrća, mlijeka i mliječnih proizvoda i ribe. ODNOS PREMA HRANI U zemljama članicama EU provodilo se pan-europsko istraživanje o "Odnosu potrošača prema hrani, prehrani i zdravlju" kojim se utvrdilo 5 najčešćih čimbenika koji utječu na izbor hrane i namirnica. U zemljama članicama EU prosječno je utvrđeno: - kvaliteta (svježina) - 74%, - cijena - 43%, - okus - 38%, - pokušaj pravilne prehrane - 32%, - što obitelj želi jesti - 29%. Utvrđene su i razlike u mišljenju među različitim populacijskim skupinama.

10

Tako žene, starije osobe i više educirane osobe smatraju da na izbor hrane jako utječu zdravstveni aspekti, dok muškarci više smatraju da na izbor hrane utječu okus i navika. Za nezaposlene osobe i umirovljenike, cijena namirnica i jela predstavljala je najvažniji čimbenik za izbor hrane. Čak 80% sudionika definiralo je pravilnu prehranu (uravnotežena i raznolika prehrana) na način koji je sugerirao da promicanje pravilne prehrane ipak ima određeni utjecaj, što se pak reflektira na poboljšanje trenda pravilne prehrane. Razumijevanje informacija o pravilnoj prehrani nije nužno rezultiralo promjenom prehrambenih navika, nego je važna i volja za promjenom vlastitog ponašanja. No, nažalost želja za promjenom prehrambenih navika među sudionicima istraživanja bila je mala, čak je 71% ispitanika smatralo da se hrane pravilno. Izbor hrane ne ovisi samo o individualnim karakteristikama, nego je ograničen socijalnim i kulturnim čimbenicima. Upravo zato različite aktivnosti koje poduzima društvo u cjelini, predstavljaju pokretač za promjenu odnosa populacije prema prehrambenim navikama. Prije više od 20 godina kod nas je problem nepravilne prehrane, a često i nedostatne bio znatnije izražen, U odnosu na kvalitativne prehrambene deficite taj problem je danas blaži iako je još aktualan. Osobito su važne osjetljive skupine populacije, djeca i starije osobe. Nepravilna prehrana i rizičan način života (stres, nedostatna tjelesna aktivnost, ovisnost o nikotinu, uživanje u alkoholu) najčešći su oblici ponašanja gotovo svih populacijskih skupina, pa je broj oboljelih od bolesti koje su vodeće po smrtnosti (kardiovaskularne bolesti, karcinom, moždani i srčani udar) sve veći. Kako bi se izbjegle posljedice nepravilne prehrane, edukacija od najranije dobi najbolji je način prevencije pojave kroničnih bolesti jer danas o zdravlju, prehrani i tjelesnoj aktivnosti još uvijek više razmišljaju starije osobe (iznad 55. godine života) od mlađih (između 25 — 34 godine). Odgovarajuća prehrana, optimalna ili popularno nazvana zdrava, prehrana je ona kojom se osigurava unos svih esencijalnih hranjivih tvari u odgovarajućoj ravnoteži u cilju zadovoljenja potreba za gradivnim, energetskim i zaštitnim tvarima, te očuvanja zdravlja. Energetski unos treba biti u ravnoteži s energetskom potrošnjom. 11

Jednolična prehrana izaziva manjak nekih hranjivih tvari, što je vidljivo kroz dulje vremensko razdoblje i najčešće kada je stanje već kritično. Kontrolirani unos energije podrazumijeva onaj unos energije koji odgovara potrebama pojedinca i ne vodi do povećanja tjelesne mase, što je u vezi i s načelima pravilne prehrane. Stoga energetski unos treba biti u ravnoteži s energetskom potrošnjom.

12

HRANJIVE TVARI Albert Einstein: “If the facts don't fit the theory, change the facts.” „Ako se činjenice ne uklapaju u teoriju promijenite činjenice.“

MAKROKONSTITUENTI HRANE Pod hranom se podrazumijeva svaka supstanca ili proizvod, prerađen, djelimično prerađen ili neprerađen, koji je namijenjen da ga ljudi konzumiraju ili se razumno može očekivati da će ga ljudi konzumirati. Hrana uključuje i sve supstance namjerno dodane hrani tokom njene proizvodnje, tako da ulaze u njen sastav. Hrana je sve što se jede i pije1, a odgovara higijenskim i kvalitetnim zahtjevima za ljudsku prehranu. U hranu spada i voda, pa i tzv. tehnološka voda koja se tokom postupka proizvodnje koristi za miješanje, otapanje, namakanje ili bubrenje. U hranu spadaju i pića, žvakaće gume, prehrambeni aditivi i svaka druga tvar koja se ugrađuje u hranu tokom njene proizvodnje. Hrana koju čovjek konzumira može biti porijeklom od: ▪ biljaka (voće, povrće, žitarice, leguminoze, uljarice, začinske biljke, sjeme različitih biljaka, gljive, zelene alge) ▪ životinja (meso, mlijeko, jaja, med, plodovi mora, itd.) ▪ drugih organizama (mikroorganizmi) ▪ ostalog porijekla (voda). U prehrambene proizvode ne spadaju: stočna hrana, žive životinje (osim ako kao takve nisu pripremljene za jelo), biljke prije berbe ili žetve, lijekovi i medicinski proizvodi, kozmetički proizvodi, duhan i duhanski proizvodi, narkotičke ili psihotropske supstance, rezidue i kontaminanti. U nutritivnom i biohemijskom smislu hrana je bilo koja tvar koja apsorpcijom u ljudskom organizmu doprinosi očuvanju homeostaze tijela. Hranu unosimo u organizam u cilju zadovoljenja gladi i prehrambenih potreba oraganizma. Dnevna prehrana ljudi sadrži više od 100000 supstanci2. Potebno je znati da su samo oko 300 hemijskih supstanci klasificirane kao nutritivne materije. Mnoge hemijske 1 2

Osim lijekova Na primjer, samo jedna šolja kafe sadrži 1000 hemijskih supstanci

13

komponente ulaze u sastav hrane, a služe za njeno poboljšanje i mogu biti korisne (ali i štetne). Takvi su aditivi (konzervansi, emulgatori, stbilizatori, antioksidanti) koji unaprjedjuju preradu, skladištenje i pakovanje hrane. Takođe postoje i prirodne komponente hrane koje se nalaze u tragovima kao što su aromatske tvari i flavori 3, začini, mirisi, boje, fitohemikalije i mnogi drugi prirodni produkti koji poboljšavaju svojstva, okus i stabilnost hrane. Ove komponente nemaju energetsku vrijednost ali imaju značajnu biološku ulogu u organizmu. Hrana koju jedemo može biti svježa i prerađena. Svježa hrana su dijelovi biljaka (plodovi, listovi, cvjetovi) ili cijele biljke. Sa aspekta biologije hranimo se stanicama, tkivima ili organima biljaka ili životinja. Tokom prerade mijenja se fizikalno-hemijska struktura hrane ali se hranjive komonente uglavnom zadržavaju. Hrana je tvar, a prehrana je proces. Prehrana je proces ili skupina metaboličkih procesa koji se odvijaju u organizmu od momenta uzimanja hrane (jedenja) do njenog iskorištenja u energetske, gradivne ili regulacijsko zaštitne svrhe. To podrazumijeva podmirenje organizma energijom, proteinima, ugljičnim hidratima, lipidima, mineralima i vitaminima te dnevno uzimanje hrane radi zadovoljenja osjećaja gladi i potreba u nutrijentima. Prehranom se održava homeostaza organizma, odnosno prirodna ravnoteža u organizmu uz održavanje normalnog unutarnjeg okruženja. Drugim riječima, homeostaza označava ravnotežu i sposobnost adaptiranja organizma na promijenjene uvjete u okolišu, a prehrana pri tome ima krucijalnu ulogu. Nutrijenti su hemijski sastojci hrane. Tvari iz namirnica koje unosimo u organizam, a pri tome se iskorištavaju na taj način što daju organizmu potrebnu energiju, gradive i regulacijsko-zaštitne komponente zovemo nutrijentima. To su temeljni hemijski sastojci hrane koji se u probavnom traktu mogu apsorbirati da bi zatim zadovoljili metaboličke potrebe organizma. U organizmu se vrlo dinamično hemijski transformišu u različite spojeve koji omogućuju pravilno funkcioniranje tijela. Tek poznavanje funkcije nutrijenata u organizmu čovjeka omogućava koncipiranje pravilne ili balansirane prehrane za svaku životnu dob, spol, profesiju i sl. Pravilna prehrana omogućava optimalne performanse ljudskog tijela, a bazirana je na konceptu optimalnog i balansiranog unosa nutrijenata, odnosno na cjelovitosti nutritivnih sadržaja hrane. Svaki nutrijent ima jednu ili više slijedećih funkcija: ▪ predstavlja izvor energije za metabolizam ili aktivnost

3

Tvari koje daju ukus hrani

14

▪ osigurava gradivne materija za zaštitu ili podršku tijela, npr. kostiju, mišića, tetiva, kože i sl. ▪ učestvuje u regulaciji tjelesnih procesa, uključujući metabolizam, rast, saniranje oštećenja i reprodukciju. Nutrijenti mogu biti kategorisani kao: ▪ makronutritijenti: proteini, ugljični hidrati, lipidi i voda ▪ mikronutritijent: vitamini i minerali Termini mikronutrijenti i makronutrijenti odnose se isključivno količinske potrebe organizma. Nedostatkom nutrijenata u hrani dolazi do karakterističnih biohemijskih i fizioloških promjena kao i bolesti tijela. Sadržaj nutrijenata u jedinici težine je jedan od najvažnijih kriterija za ocjenu nutritivnog kvaliteta hrane. Ukupno imamo oko 50 nutrijenata bitnih za život i na stotine nutrijenata korisnih biološko aktivnih supstanci, koje dobijamo iz hrane. Prema tome gdje i kako nastaju, postoje 3 ključne kategorije nutrijenata: ▪ esencijalni, ▪ sekundarni i ▪ neesencijalni. Esencijalni nutrijenti4 moraju se unositi hranom za optimalno održanje fiziološke i anatomske stabilnosti organizma. Potreba za njima se ogleda u njihovoj hemijskoj građi, a ne kao izvoru energije. Ne mogu se sintetizirati u tijelu, već se isključivo moraju unijeti s hranom. To znači da njihov nedostatak može izazvati funkcionalni poremećaj. Esencijalni nutrijenti su: ▪ esencijalne aminokiseline: izoleucin, leucin, lizin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin, ▪ esencijalne masne kiseline: linolna, linolenska i arahidonska kiselina, ▪ većina vitamina i ▪ svi minerali.

4

Esencijalan u semantičkom smislu podrazumijeva važan, neophodan, bitan.

15

Sekundarni nutrijenti se sintetiziraju u tijelu. U nekim slučajvima ta sinteza je tako spora da se ne možu zadovoljiti potreba organizma. Takav slučaj je sa aminokiselinama arginin, histidin i a ponekad vitamin D i K i drugi. Neesencijalni nutrijenti su oni koji nastaju metaboličkim procesom biosinteze u organizmu i koji ne moraju biti prisutni u namirnicama, ali tako dugo dok u tijelu postoje "sirovine" za njihovu sintezu. Hemijska, fizička, senzorna i nutritivna svojstva ovise od procesa prerade i pripreme hrane. Neki nutrijenti tokom procesa prerade, odnosno pripreme harne se degradiraju i dijelimično gube svoju biološku vrijednost. Mjerilo stupnja degradacije za vrijeme prerade harne zove se zadržavanje nutrijenata. To je stupanj do kojeg nutrijenti ostaju u proizvodu unatoč toplinskoj obradi, konzerviranju, kao i ostalim postupcima za vrijeme prerade ili pripreme hrane. U vezi očuvanja nutrijenata, najpovoljniji su postupaci hladjenja i smrzavanja, gdje su gubici najmanji. Nepovoljni su termička pasterizacija, sterilizacija, soljenje i sušenje gdje su gubici najveći. Hemijski konstituenti hrane. Osnovni hemijski konstituenti hrane su voda i suha tvar. Kvantitativno najznačajniji konstituent je voda koja se na različite načine vezuje u hemijsku kompoziciju hrane.

HRANA

SUHA TVAR

TOPIVA U VODI

VODA

SLOBODNA VODA

NETOPIVA U VODI

VEZANA VODA

Osnovni sastojci hrane

Način vezivanja vode opredjeljuje struktura sadržaja suhe tvari. U sastav suhe tvari ulazi

na

hiljade

spojeva.

Možemo

ih

sve

svrstati

u

makrokonstituente

mikrokonstituente. Makrokonstituenti su ugljični hidrati, lipidi i proteini.

16

i

SUHA TVAR

M

MIKROKONSTITUENTI

Vitamini Mineralne tvari Tvari arome Pigmenti Enzimi

AKROKONSTITUENTI

PROTEINI UGLJIČNI HIDRATI LIPIDI

Kiseline Pektini Gume Sluzi Ostale tvari

Shematski prikaz sastava suhe hrane

Mikrokonstituenti mogu imati različit hemijski sastav kao što je slučaj sa vitaminima, pigmentima i aromatskim tvarima. Veći broj mikrokonstituenata po svojoj prirodi mogu biti ugljični hidrati (pektini, gume, sluzi inulin), ali i proteini (enzimi) kao i lipidi (fosfolipidi). Takođe je i veliki broj složenih hemijskih spojeva, konjugiranih lipida, proteina i ugljikohidrata. Na temelju hemijskog sastava određuju se prehrambena i druga svojstva hrane. Hemijski sastav mikrokonstituenata Naziv konstituenta hrane Vitamini Mineralne tvari Pigmenti boje Tvari arome Enzimi Hormoni, biljni i animalni Kiseline Gume

Hemijski sastav Različite organske molekule Helati i soli Porfirini, karotenoidi, flavonoidi Različiti organski spojevi Proteini Proteini, steroli Spojevi sa COOH grupom i mineralne kiseline Karbohidrati

17

Naziv konstituenta Hemijski sastav hrane Pektinske tvari Karbohidrati/ hetrosaharidi Sluzi Karbohidrati Taninske tvari Karbohidrati Prirodni premazi Sorbit Glukozidi heterozidi Alkaloidi

Lipidi Karbohidrati Karbohidrati Organske molekule sa nitrogenom

Suha tvar. Sadržaj suhe tvari je različit u različitim jestivim biljnim i animalnim dijelovima tkiva kao i u dijelovima stanice. Općenito suha tvar hrane se može razlikovati po topivosti u vodi. Tako postoje u vodi topive tvari i netopive tvari. Suha tvar hrane sastoji se iz mnogobrojnih vrsta hemijskih spojeva, najviše makromolekularnog tipa, kao što su: ugljikohidrati, masnoće i proteini. Fizičko stanje hemijskih konstituenata u hrani može biti: ▪ pravi rastvor (šećer, minerali i vitamini u vodi) ▪ koloidna disperzija (proteini i druge velike molekule) ▪ emulzija (masnoće, majoneza i mlijeko) ▪ pjena (amini, tučeno bjelance jajeta) ▪ gel (hidrokoloidi, marmelada, džem, kuhano jaje). Hrana često ima koloidnu strukturu. U prirodi ima veoma mnogo koloida, a mnoge tvari već po veličini svojih molekula pripadaju koloidima. Da bi se koloidno stanje ostvarilo, potreban je samo jedan uvjet: veličina čestica se mora kretati od 0.1 – 0.001 µ. To su najčešće ugljični hidrati (pektini, škrob, dekstrini, neki tanini), bjelančevine i dr. Koloidi mogu nastati disperzijom većih čestica ili kondenzacijom molekularnih otopina. Hidrokoloidi nastaju u vodenim otopinama, prisutni su u voću i povrću ili se mogu koristiti kao aditivi za poboljšanje i regulaciju teksture hrane Koloidi se nalaze u sol ili gel stanju.

Koloidi se nalaze u sol ili gel stanju

Sol je disperzija čvrstih čestica u tekućini. Ove čestice mogu biti makromolekule ili nakupine malih molekula, a mogu biti i liofilne ili liofobne. Liofobni solovi su takvi solovi kod kojih ne postoji afinitet između dispergirane faze i tekućine-vode (hidrofobni). Oni 18

su po prirodi nestabilni, vremenom koaguliraju i istalože se. Liofilni solovi su mnogo sličniji pravim otopinama. Stabilni su i teško se koaguliraju (npr. škrob u vodi). Gel je koagulirani oblik koloidnih sistema u kojem obje faze prave trodimenzijsku mrežu kroz materijal (npr: želatin). Koloidi imaju sposobnost stvaranja micela, električno nabijenih čestica sastavljenih od nakupina velikih molekula. U vodenim otopinama hidrofilni krajevi ovakvih molekula su na površini micele, dok se hidrofobni kraj (obično ugljikovodikov lanac) usmjerava prema središtu.

Micela, hidrofilni krajevi su na površini micele a hidrofobni kraj (obično ugljikovodikov lanac) usmjerava prema središtu

Koloidni ioni nastaju kada koloidne čestice adsorbiraju određenu vrstu iona iz otopine i nabiju se istovrsnim nabojem. Naboj može potjecati i od hemijske reakcije površine čestice.

Koloidni ioni - Cl i Na i vezivanje vode

Koloidni imaju sposobnost hidratacije. Odnos između koloidnih čestica i medija – vode u kojem su otopljene obično ima hidrofilni status (hidrokoloidi). Općenito koloidi mogu biti u formi: ▪ suspenzije, 19

▪ emulzije (emulgirane pomoću emulgatora) i ▪ disperzije. Suspenzije su u formi sitnodispergiranih čestica unutar otopine i nalaze se u krutom stanju. Nakon nekog vremena se talože. Podjednako su raspoređene u rastvoru zahvaljujući

stabilizatoru.

Kod

emulzija

dispergirano

stanje

čestica

održavaju

emulgatori. Disperzija ovisi o električnom naboju i zakonitostima Brown-ovog kretanja. Osim makromolekularnih spojeva u suhu tvar ulaze i kristaloidi, koji imaju manju molekularnu težinu i manji su po veličini čestica. Kristaloidi su supstance po molekulskoj masi manje od koloida, u otopinama prolaze kroz semipermeabilne membrane, snizuju tačku mržnjenja otopine i općenito imaju sposobnost kristalizacije. To su: šećeri, kiseline i neke mineralne tvari, koji u vodi prave otopine. Fizikalno-hemijska svojstva-tekstura hrane. U pogledu fizikalne konstitucije hrane, ona može sadržavati tekuće, krute i gasovite komponente. Osim vode u hrani se mogu nalaziti i druge tvari tekuće konzistencije kao što su alkoholi,etri, estri, neki lipidi i sl. Tekstura je skupina fizikalno-hemijskih svojstava karakterističnih za određeni prehrambeni proizvod. Teksturalna svojstva se praktički mogu opipati prstima ili osjetiti ustima za vrijeme konzumiranja ili osjetiti na drugi način kao što je zvuk. Tekstura je osobina hrane, a posljedica je fizičkih svojstava i svojstava koji se opažaju čulima dodira uključujući kinesteziju i osjećaj u ustima, kao i čulima vida i sluha (BS 5098)5. Tekstura kao pojam označava ili opisuje sva mehanička, geometrijska i svojstva površine proizvoda koja se opažaju pomoću mehaničkih receptora, receptora dodira, a i tamo gdje to odgovara, čulima vida i sluha. Utisci koje hrana ostavlja na čula mogu biti: ▪ taktilni, osjete se putem čula dodira, ▪ kinestetski, osjete se tokom pokreta, ▪ temperaturni,osjete se čulima za toplinu i ▪ hemistetski, specifičan hemijsko- fiziološki nadražaj. Taktilni utisci nastaju kao posljedica dodira, kao naprimjer dodir hrane vrhovima prstiju i jezikom (glatko, hrapavo, itd). Kinestetski utisci nastaju prilikom žvakanja ili lomljenja uzorka rukama (hrskavo, kašasto). Temperaturni utisak je osjećaj topline ili hladnoće koju hrana ostavlja na osjetilima za hladnoću i toplinu. Postoji i hemistetski 5

Grujić R: Kontrola kvaliteta i bezbjednost namirnica,Univerzitet u Banja Luci,1999.

20

utisak koji nastaje hemijsko-fiziološkim nadražajima. Dvije su osnovne komponente senzorske percepcije teksture: ▪ fizička struktura koja se može percipirati čulima vida i dodira i ostalim čulima i ▪ osjećaj koji hrana daje u ustima kao što su: mekoća, tvrdoća, lakoća gutanja, žvakanja i sl. Teksturu hrane mogu da opisuju mehanički atributi ali i konzistencija, sočnost, žvakljivost, lakoća gutanja, hrskavost, sipkavost, topivost, itd. U teksturu spada i zamućivanje voćnih sokova, kao i želiranje proizvoda na bazi voća i povrća. Mehanička svojstva, kao atributi teksture se odnose na reakciju proizvoda na naprezanje pa se mehanički atributi teksture dijele se na pet osnovnih karakteristika: tvrdoća, kohezivnost, viskoznost, elastičnost i adhezivnost. Takođe obilježje teksture je konzistencija koja podrazumijeva mogućnost održanja kompaktnosti, cjelovitosti i karakterističnog izgleda proizvoda. Konzistencija je atribut usko povezan sa viskozitetom i stanjem tvari. Tako se može postaviti određena gradacija koja grupira atribute teksture po kriterijima stanja konzistencije za: ▪ homogene tekućine, ▪ heterogene tekućine, ▪ krute, semikrute i polukrute tvari. Stepen i način izražavanja konzistencije i sočnosti heterogenih tekućina i semikrutih tvari vrlo se razlikuju u pojedinim proizvodima. Za ocjenjivanje konzistencije namirnica najširu primjenu ima metoda žvakanja, što znači da se konzistencija utvrđuje u ustima. Konzistencija obuhvata: žilavost, elastičnost, tvrdoću-mekanost i nježnost proizvoda. Relevantne su tri impresije: ▪ lakoća kojom zubi prodiru u proizvod, ▪ lakoća kojom se proizvod tokom žvakanja razdvaja u manje dijelove i ▪ količina ostatka pri kraju žvakanja u odnosu na uzeti zalogaj. Većina atributa teksture može se mjeriti jer su to uglavnom fizičke veličine. Najjednostavniji načini mjerenja su uporedba sa standardiziranim etalonima. Danas se koriste i instrumenti za mjerenje teksture proizvoda. U okviru senzorskih atributa tekstura se može promatrati po parametrima kao što je konzistencije (kruta, semikruta, meka, tečna, itd.) i forma proizvoda (veličina, oblik itd.) i po osnovu čula sluha 21

(hrskavost, šum itd.). Atributima teksture opisujemo i egzaktno izražavamo fizikalnohemijska svojstva hrane. Tekstura i senzorna svojstva su u dirktnoj korelaciji s tim što je većina atributa teksture mjerljiva analitičkim instrumentima, a senzorna svojstva se ocjenjuju na osnovu čula. Teksturu mogu da opisuju mehanički atributi ali i atributi kao što su konzistencija, sočnost, žvakljivost, lakoća gutanja, hrskavost, sipkavost, topivost itd. Atribute teksture možemo grupirati prema kriterijima fizikalnog stanja konzistencije na: homogene i heterogene tekuće tvari kao i krute, semikrute i polukrute tvari. Fizikalna svojstva se analiziraju instrumentalim metodama. Ocjena senzorskih svojstava postavljaju se na osnovu atributa koji se mogu ocjenjivati kao i faktora značajnosti određenog atributa za određeni proizvod.

Ključni pojmovi Hrana je tvar, a prehrana je proces koji se odvija u organizmu od momenta uzimanja hrane (jedenja) do njenog iskorištenja u energetske, gradivne ili regulacijsko zaštitne svrhe. Na temelju hemijskog sastava određuju se prehrambena i druga svojstva hrane. Osnovni hemijski konstituenti hrane su voda i suha tvar. Kvantitativno najznačajniji hemijski konstituent hrane je voda koja se na različite načine vezuje u hemijsku kompoziciju hrane. Način vezivanja vode opredjeljuje hemijska struktura suhe tvari. U sastav suhe tvari ulazi na hiljade spojeva. Možemo ih sve svrstati u kemijske makrokonstituente i mikrokonstituente. Makrokonstituenti su ugljični hidrati, lipidi i proteini. Mikrokonstitenti mogu imati različit hemijski sastav kao što je slučaj sa vitaminima, pigmentima i aromatskim tvarima. Veći broj mikrokonstituenata po svojoj prirodi mogu biti ugljični hidrati (pektini, gume, sluzi, inulin), ali i proteini (enzimi) kao i lipidi (fosfolipidi). Takođe je i veliki broj složenih hemijskih spojeva konjugiranih lipida, proteina i ugljikohidrata. Na temelju hemijskog sastava određuju se prehrambena i druga svojstva hrane.

VODA U HRANI Voda je glavni sastojak hrane sa značajnom ulogom u organizmima svih živih bića. Neposredno učestvuje u izgradnji svih biljnih i animalnih tkiva kao i u velikom broju mataboličkih procesa. Prisutna količina vode u hrani nalazi se slobodna i vezana u raznim oblicima. Svježa hrana je u stvari jestivo biljno, a u nekim slučajevima i animalno tkivo. Prerađena hrana je uglavnom denaturirano i dezintegrirano tkivo pa se u prerađenoj hrani mijenja i količina i karakter vezivanja vode. Od načina biokemijskog vezivanja vode zavisi njena uloga u održavanju svježine i trajnosti hrane. Stanice i tkiva svih živih bića, općenito, sadrže znatne količine vode. S obzirom na mjesto gdje se nalazi u tkivu voda se može podijeliti na intracelularnu6 i ekstracelurarnu, odnosno na vodu koja se nalazi u ćelijama i vodu koja je smještena u međućelijskim prostorima. Pri 6

Intracelularna voda je unutar stanice, ekstracelularna voda je van stanice

22

tome je prisutna stalna razmjena vode između žive ćelije i njene okoline. Procesi snabdijevanja ćelija hranljivim materijama obavljaju se zahvaljujući razmjeni vode između živih ćelija i okoline, jer je voda njihov gavni nosilac. Nakon branja namirnica biljnog porijekla ili nakon klanja žive stoke, tkiva određeno vrijeme nastavljaju da obavljaju svoje metaboličke funkcije u izmijenjenim uslovima. I u takvim uslovima mehanizam vezivanja vode je od presudnog značaja na promjene koje nastaju u post mortem periodu. Općenito voda u stanici može biti vezana u slijedećim formama: ▪ vezana voda u stanici7, a u njoj su rastvorene organske i mineralne tvari (vakuola) ▪ koloidno vezana voda koja se nalazi u membrani, citoplazmi i jezgri ▪ konstituciona voda koja je direktno vezana u hemijske komponente. Molekula vode je polarna, negativan kraj jedne molekule privlači pozitivan kraj druge molekule. Zahvaljujući značajnom dipolnom momentu javlja se jaka interakcija zbog obrazovanja veza između atoma kisika jednog i atoma vodika drugog molekula. Ovo elektrostatičko vezivanje označava se kao vodikova veza. Dipolarnost vode determinira njeno svojstvo dobrog rastvarača. Zbog toga je voda u hrani univerzalni rastvarač soli, vitamina, šećera, aminokiselina i nekih proteina, gasova, pigmenata, aromatskih tvari i drugih konstituenata. Voda ima jonizacionu sposobnost. Zbog svoje tekuće konzistencije na temperaturama iznad 0°C voda ima značajan uticaj na teksturu hrane. Voda stabilizira koloide hidratacijom. Takođe, učestvuje u biohemijskim reakcijama kao što su hidroliza proteina do amino kiselina, hidroliza škroba do šećera, hidroliza triglicerida do masnih kiselina i glicerola i sl. Slobodna voda omogućava rast mikroorganizama, dok vezana voda sprječava njihov razvoj. Uslijed dipolnog karaktera oko molekule vode stvara se hidratni omotač. To se manifestira vezivanjem vode sa polarnim grupama, odnosno hidrofilnim radikalima kao što su hidroksil, amino, karboksil i slični radikali.

7

Bound water/dilution water)

23

+

H δ -

Oδ

+

H δ -

Oδ + H δ

H δ

+ H δ

-

Oδ

-

Oδ +

+ H δ

+

H δ

+ H δ

Shematski prikaz vodikovih veza

Većina najvažnijih makromolekularnih sastojaka hrane ima hidrofilna svojstva te vodu vezuje putem adsorpcije, gradeći pri tome hidrokoloide. Voda koja se na taj način adsorbuje naziva se hidratna voda. Ova količina vode proporcionalna je ravnotežnom sadržaju vode, a zavisi od energije vezivanja molekula vode sa odgovarajućim makromolekularnim sastojcima kao što su želatin, škrob i sl. U raznim namirnicama za koje je karakteristična gel-struktura voda je "zarobljena" tj. imobilizirana u potpunosti od strane prostorne konfiguracije stvorene od prisutnih suhih materija. Ovako se može objasniti kompaktan oblik i čvrsto stanje ljuštenog krastavca uprkos visokom sadržaju vode (skoro 95%), a također i mnogih drugih vrsta povrća sa 80-95% vode, odnosno mesa sa preko 70% vode.Vazivanje vode za komponente hrane je jedan od osnovih fenomena koji imaju uticaja na kvarenje, održivost i rokove trajanja hrane. Prisustvo slobodne vode omogućava brže odvijanje biokemijskih procesa kao i brži razvoj mikroorganizama. Približan sadržaj hidratne vode makromolekularnih komponenti Jedinjenje

Sadržaj hidratne vode (u % suhe materije)

Celuloza Škrob

3-6 7- 15

Želatin Pektin

15-25 25-35

Mehaničko – fizikalno vezivanje vode. Tipično za ovu vrstu vezanosti vode u mnogim namirnicama je mogućnost njenog uklanjanja mehaničkim djelovanjima (na primjer presovanjem i centrifugiranjem). Mehanički vezana voda pojavljuje se u više oblika i to kao: ▪ mikrokapilarna voda, 24

▪ makrokapilarna voda i ▪ površinaki vezana voda. Ne postoje apsolutno glatke površine namirnica, pa manje-više većina krutih namirnica je hrapava i porozna te sadrži u svojoj strukturi različite oblike i veličine kapilara. Mikrokapilarna i makrokapilarna voda smještena je poroznim dijelovima hrane u kapilarama. Pri čuvanju i skladištenju hrana je uvijek u interakciji sa okolinom. Svojstvena za mikrokapilarnu vodu je činjenica da je tlak zasićene vodene pare u mikrokapilari manji nego što je u okolnom prostoru. To dovodi do kapilarne kondenzacije vode čak i u slučajevima kada je relativni sadržaj vlage okoline niži od 100 %. Makrokapilarna voda se nalazi u kapilarama gdje je tlak zasićene vodene pare u kapilarama identičan sa tlakom zasićene vodene pare iznad ravne vodene površine. Površinaki vezana voda raspoređena je isključivo na spoljnim površinama. Ova voda je vezana čistom adhezijom, tj. nagomilavanjem na čvrstim česticama materija većih od pojedinačnih molekula. U odnosu na ostale načine vezivanja vode, ova veza je najslabija, tako da se voda može odstraniti bez teškoća, na primjer centrifugiranjem. Slobodno ili vezano stanje vode u namirnicama od velikog je značaja i sa praktičnog stanovišta. Pod slobodnom vodom se podrazumijeva ona voda koja raspolaže punom sposobnošću rastvaranja. Voda u mikrokapilarama, makrokapilarama, kao i površinski vezana voda, po svojim karakteristikama i aktivnosti spada u kategoriju slobodne vode. Srazmjerno najviše slobodne vode sadrže tečne namirnice (voćni sokovi, mlijeko, kompoti, vino). Količinski je sadržaj vode u namirnicama sa mnogo masti mali, ali je sva ta količina ili "slobodna" ili samo mehanički vezana. Najmanje slobodne vode imaju namirnice koje sadrže malo vode, a mnogo bjelančevina i ugljikohidrata (npr. sušeni proizvodi od povrća i voća, brašna, instant proizvodi i sl.). Sa biološkog i prehrambenog stanovišta od praktičnog značaja je prvenstveno raspoloživa (slobodna) voda, a ne ukupna količina prisutne vode. Ravnotežni relativni sadržaj vode u prehrambenom proizvodu se označava pojmom hidrature. Vrijednost hidrature se može izraziti relativnim sadržajem pare (odnosno relativnim parnim tlakom) koji je u zatvorenom prostoru iznad namirnice u ravnoteži sa posmatranim proizvodom. Ravnotežni relativni sadržaj vlage pod datim uvjetima zavisi od količine raspoložive slobodne vode u dotičnoj namirnici. Ako je sva količina prisutne vode slobodna, odnosno stoji na raspolaganju, tada će vrijednost hidrature iznositi 100%. Vrijednost hidrature će opadati ispod 100% srazmjerno povećanju količine vezane vode u namirnici. 25

U praksi se odnos parcijalnog tlaka vodene pare namirnice i tlaka čiste vodene pare na određenoj temperaturi definira kao aktivnost vode aw. Aktivitet vode aw definira se u uvjetima statičnog ekvilibrija, a mjeri tlak pare koju proizvodi vlaga prisutna u proizvodu. Izračunava se kao: aw = p / ps gdje je: p - parcijalni tlak vodene pare na površini proizvoda, ps - parcijalni tlak vodene pare iznad čiste vode pri istoj temperaturi. Pomoću vrijednosti aw može se procijeniti koliki dio slobodne vode stoji na raspolaganju u odvijanju metabolizma prisutnih mikroorganizama. Izuzetna je važnost vlage sa mikrobiološkog aspekta pa je aw pogodan parametar pomoću kojeg se može kontrolirati rast i razvoj mikroorganizama. Utjecaj vrednosti aw je selektivan na aktivnost rasta mikroorganizama. Pored ovog utjecaja dokazan je i utjecaj vrijednosti aw na brzinu odvijanja raznih nepoželjnih hemijskih promjena u hrani, kao što su: autooksidacija (masti), neenzimsko posmeđivanje, enzimska aktivnost, djelovanje plijesni, djelovanje kvasaca, aktivnost bakterija, itd. Za normalnu aktivnost bakterija potrebna je najveća aw i to između 0.92 i 0.96. Za većinu kvasaca je neophodna vrijednost oko 0.88, za plijesni najmanje 0.75 – 0.80, za kserofilne plijesni oko 0.65. Najmanje potrebe u pogledu vode imaju osmofilni kvasci koji ne mogu živjeti u uvjetima u kojima je aw ispod vrijednosti 0.62. Na vrijednost aw utječu i faktori kao što su temperatura, pH sredine, sadržaj dodate soli i drugo.

26

Utjecaj vrijednosti aw je selektivan na aktivnost rasta mikroorganizama Vrsta mikroorganizama Bakterije Clostridia Escherichia coli Pseudomonas Salmonella Staphylococci Halofilne bakterije Plijesni Alternaria Aspergilus niger Druge Asper. Var. Mucor Penicillium Xeromyces i drugi kserofilni oblici Kvasci Osmotolerantni

aw 0,90 0,98-0,95 0,96 0,96 0,95 0,88 0,75 0,75 0,84 0,90-0,87 0,70-0,84 0,93 1,0-0,9 0,62-0,60 0,95-0,87 0,60

Komponente biohemijskog sastava također imaju utjecaja na aw, naročito postojanje koloidne strukture. Za aw usko je vezana higroskopnost, odnosno mogućnost upijanja i

Sadržaj vlage g vode/g suhe tvari

otpuštanja vodene pare iz okoline gdje je uskladištena hrana.

desorpcija adsorpcija

A

C

B 20

40

60

% rel. vla žnost

Adsorpcija i desorpcija vode značajna za održavanje ekvilibrijuma kod higroskopnih namirnica

Desorpcija i adsorpcija vode pri konstantnoj temperaturi ovisi o vlažnosti zraka u okolici gdje je hrana uskladištena. Za isti sadržaj vode mogu postojati različite vrijednosti aktiviteta, što ovisi o količini slobodne vode. 27

Ključni pojmovi Sadržaj vode u hrani kao i aktivitet vode su unutarnji faktori u htrani koji imaju utjecaj na brzinu degradativnih i biohemijskih procesa. Svaka vrsta hrane ima svoj karakterističan ekvilibrijum ravnoteže vlažnosti sa oklinom. Voda u hrani može biti slobodna i vezana. Količina slobodne vode (aktivitet vode) je značajan faktor koji utiče na mikrobioološke i biohemijske procese u hrani.

PROTEINI I OSTALE TVARI S DUŠIKOM U HRANI Ključni pojmovi Proteini su kompleksni hemijski sastojci hrane građeni od aminokiselina koje mogu biti esencijalne, nesencijalne i uvjetnoesencijalne. Postoje prosti i složeni proteini. U sastav složenih proteina mogu ulaziti i drugi spojevi osim aminokiselina. U sistemima hrane važnu ulogu imaju enzimi koji su uglavnom građeni od proteina. Hrana bogata proteinama je meso, mlijeko, jaja i proizvodi dobiveni od njih, a od biljnih namirnica soja i ostale leguminoze te jezgrasto voće, a manje žitarice. Vrlo malo proteina sadži većina povrća i voća.

Tvari s dušikom se nalaze u hrani u različitim kombinacijama. Mogu biti sastavni dio različitih spojeva: ▪ aminokiselina, peptida i proteina, ▪ amidnih spojeva, ▪ amina i nitrita i drugih. U hrani se mogu naći slobodne aminokiseline, kratkolančani peptidi, aminošećeri, kreatin, kreatinin, urea, mokraćna kiselina, amonijak kao i različite vrste alkaloida. Aminokiseline u hrani rijetko dolaze u slobodnom stanju. Mogu se industrijski proizvesti hidrolizom iz proteina. Amino šećeri su najčešće međuproizvodi koji nastaju tokom prerade hrane, a u kvantitativnom pogledu zastupljeni su u hrani vrlo malo. Kreatin8, kreatinin9 i nukleotidi mogu se naći slobodni u malim količinama samo u mlijeku, dok amina i nitrita ima u nekim vrstama zelenog povrća. Alkaloidi su čest konstituent začinskog povrća, aromatičnog i ljekovitog bilja. Sa prehrambenog aspekta u pogledu zastupljenosti u hrani, najznačajniji predstavnik tvari sa dušikom je protein. Naziv protein potiče od grčke riječi proteos, što znači prvi ili najvažniji. Proteini su kompleksni organski spojevi, visoke molekularne težine koji se sastoje od aminokiselina povezanih peptidnom vezom. To su najsloženije organske materije veoma velike molekularne mase. Mogu biti rastvorljivi ili nerastvorljivi u vodi. Kreatin - spoj koji sudjeluje u dobivanju energije u mišiću- prijenosnik fosfatne skupine za regeneraciju ATP-a 9 Kreatinin - spoj koji je nusprodukt razgradnje kreatina 8

28

U građi molekula proteina su zastupljeni kiseonik, vodonik, ugljenik i azot, a u nekim i sumpor ili fosfor. Ovi elementi ulaze u sastav aminokiselina. Aminokiselinski sastav različitih proteina nije isti i predstavlja najvažniju karakteristiku svakog proteina, a služi i kao kriterijum vrijednosti proteina u prehrani. Broj aminokiselina koje ulaze u sastav proteina je 20. One svojim različitim kombinovanjem obrazuju izvanredno veliki broj različitih proteina. Aminokiseline U strukturi proteina učestvuje dvadesetak različitih aminokiselina. Prva otkrivena aminokiselina je asparagin (1806.), dok je zadnja treonin koji je otkriven 1938. godine. Neke aminokiseline čovjekov organizam može sam da sintetizira, dok neke ne može. Esencijalne (nezamjenjive) aminokiseline mogu se unositi u organizam isključivo kroz hranu, dok se neesencijalne mogu sintetizirati u organizmu iz drugih matabolita. Proteini se u probavnom traktu razgrađuju do aminokiselina da bi se ponovno u organizmu iz njih sintetizirali.

Opšta formula aminokiselina i struktura L i D serina Aminokiseline sadrže amino (-NH2) i karboksilnu (-COOH) grupu. Odatle termin "amino" u nazivu. Aminokiseline sadrže karboksilnu grupu i zato su "kiseline" u nazivu. Karboksilna grupa (-COOH) i amino grupa je vezana na alfa (prvi) ugljikov atom. Sve aminokiseline u našem organizmu su iz skupine alfa, što znači da imaju dušik na prvom (alfa) ugljikovom atomu u molekuli. Amino i karboksilna grupa spojene na alfa ugljikov atom daju molekuli asimetričnost koja zakreće polariziranu svjetlost. Naše tijelo može iskoristiti samo aminokiseline koje zakreću svjetlost u lijevo. Takve aminokiseline se prepoznaju po dodanom slovu L ispred njihova imena. Izuzetak su taurin10, GABA11 i glicin koji nisu ni "L" ni "D" tip i fenilalanina Aminokiselina koju ljudski organizam sintetizira od metionina i cisteina uz pomoć vitamina B6 Skraćenica odnaziva gamma-aminobutyric acid (gama amino buterna kiselina), važna kod regulacija nervnog sistema 10 11

29

koji se može iskoristiti u "L" i "D" formi. Aminokiselins-ki ostaci u proteinima su Lstereoizomeri. D-aminokiselinski ostaci su nađeni smo u nekoliko malih peptida (peptidi ćelijskog zida bakterija i neki peptidni antibiotici). Aminokiseline se dijele na 5 klasa na osnovu polarnosti R-grupa odnosno njihove tendencije da reaguju s vodom pri biološkom pH: 1. Nepolarne alifatske R grupe 2. Aromatske R-grupe 3. Polarne nenaelektrisane R-grupe 4. Pozitivno naelektrisane (bazne) R-grupe 5. Negativno naelektrisane (kisele) R-grupe R je aminokiselinski ogranak (radikal). Kod glicina je to H atom. Aminokiselinama se mogu dati sistemska imena kao npr. α-aminooctena kiselina. Međutim, uobičajeno je da se upotrebljavaju trivijalna imena koja su jednostavnija.

Glicin

Alanin

Asparginska kiselina

Fenilalanin

Radikal - aminokiselinski ogranak različite hemijske strukture

Naelektrisani ostaci aminokiselina su jako hidrofilni, i obično se nalaze sa spoljne strane proteina. Pozitivno naelektrisani bočni lanci su prisutni u lizinu i u argininu, a u nekim slučajevima i histidinu. Negativna naelektrisanja se nalaze u glutaminskoj i asparaginskoj kiselini.

30

Osobine aminokiselina u sastavu proteina Aminokiselina

Skraćenica

Mr

pI

Zastupljenost u proteinima (%)

Nepolarne alifatske R grupe Glicin

Gly

75

5.97

7.2

Alanin

Ala

89

6.01

7.8

Prolin

Pro

115

6.48

5.2

Valin

Val

117

5.97

6.6

Leucin

Leu

131

5.98

9.1

Izoleucin

Ile

131

6.02

5.3

Metionin

Met

149

5.74

2.3

Aromatske R grupe Fenilalanin

Phe

165

5.48

3.9

Tirozin

Tyr

181

5.66

3.2

Triptofan

Trp

204

5.89

1.4

Polarne nenaelektrisane R grupe Serin

Ser

105

5.68

6.8

Treonin

Thr

119

5.87

5.9

Cistein

Cys

121

5.07

1.9

Asparagin

Asn

132

5.41

4.3

Glutamin

Gln

146

5.65

4.2

Pozitivno naelektrisane R grupe Lizin

Lys

146

9.74

5.9

Histidin

His

155

7.59

2.3

Arginin

Arg

174

10.76

5.1

Negativno naelektrisane R grupe Aspartat

Asp

133

2.77

5.3

Glutamat

Glu

147

3.22

6.3

31

Bočni lanac utiče na hemijske osobine aminokiselina i može biti jedan od 20 različitih bočnih lanaca, kod proteinogenih aminokiselina. Reaktivnost aminokiselina zasnovana je na prisustvu karboksilne, amino i hidroksilne skupine u njenom sastavu. Esteri aminokiseline nastaju ako organska grupa zamjenjuje jedan ili više atoma vodika u hidroksilnoj skupini aminokiseline, dok amidi12 nastaju kad se u karboksilnoj grupi aminokiseline, hidroksilna grupa zamjeni amino-grupom – NH2. Reaktivnost aminokiselina i neki tipični produkti Skupine

Formula

Produkti

Karboksilne

-COOH

estri, amidi

Amino

-NH2

Amidi i Schiffove baze

Hidroksilne

R-OH

estri

Aminokiseline su najvećim djelom kristalne čvrste tvari visokih tališta (od 186°C za glutamin, do 344°C za tirozin), topljive u vodi, a netopljive u nepolarnim organskim otapalima. Amfoterni su spojevi – to znači da se mogu ponašati kao kiseline i kao baze, ovisno o pH medija u kojoj se nalaze.

kation

"zwitterion13" (neutralna)

anion

Disocijacija aminokiselina

Visoka tališta i topljivost u vodi posljedica su amfoternosti aminokiselina. To je zbog toga što imaju svojstva kiselina i baza, jer u istoj molekuli imaju karboksilnu i amino – skupinu. Karboksilna skupina otpušta proton (H), a amino skupina ga prima, pa aminokiselina u čvrstom stanju iz molekulskog oblika prelazi u dipolni ion - "Zwitterion". Aminokiseline otopljene u vodi mogu djelovati kao donori ili kao akceptori protona, tj. 12 13

Derivati kiselina Dipolarni jon = zwitterion

32

mogu neutralizirati i baze i kiseline. Zbog toga se često ponašaju kao puferi14. Ka je konstanta disocijacije kiseline. Ako je Ka =10

-6

onda je pKa= 6 kao što je slučaj sa

histidinom. Vrijednost pH kod kojeg u otopini prevladava dipolarni ion (izoelektrična tačka 15) je aritmetička sredina vrijednosti pK16 karboksilne i amino – skupine. Izoelektrična tačka je pH pri kojem je netto naboj aminokiseline, peptida ili proteina jednak nuli. U jako kiseloj otopini aminokiselina je prisutna kao kation, kod pH izoelektrične tačke prevladava dipolarni ion, a u jako lužnatoj otopini aminokiselina postaje anion.

pK za imidazolski prsten histidina 6,0

Vrijednosti pK za α – COOH (pK1 karboksilnih skupina) kreću se u uskom području od 1,7 do 2,6 – u prosjeku 2,2, dok se za α – NH3+, pK vrijednosti kreću od 8,9 do 10,6 – u prosjeku 9,5. Tu su još i funkcionalne skupine pobočnih lanaca aminokiselina. Na primjer, pK za –SH skupinu cisteina iznosi 8,3 a za imidazolski prsten histidina 6,0.

Otopine koje neznatno mijenjaju svoj pH dodatkom jake baze ili kiseline (smjese slabih kiselina (baza) i pripadajućih soli) 15 Izoelektrična tačka - pH na kojoj amino kiseline ne putuju prema elektrodama pod utjecajem električnog polja 16 Za računanje pH odnsosno pKa vrijednosti puferskih sistema koristi se Henderson-Hasselbalchova jednadžba 14

33

Kisele i bazične aminokiseline Naziv

Oznaka

α-karboksilna skupina

(-COOH):

α-amino skupina

(–NH3+):

Kisele aminokisline Aspartat

Asp

Glutamat

Glu

Bazične Arginin

Arg

Histidin

His

Lizin

Lys

Aminokiselinski ogranci i njihove karakteristične skupine Aminokiselinski ogranci

Karakteristične Aminokiseline koje skupine ih sadrže

Alifatski

alifatski spojevi alanin, valin, leucin, izoleucin

Alifatska hidroksilna skupina

alifatski spoj + hidroksilna skupina

serin i treonin

Aromatske skupine

benzolovo jezgro

fenilalanin, tirozin, triptofan

Bazne skupine

-OH

lizin, arginin, histidin

Kiseli ogranci

-COOH

aspartat i glutamat

Amidni ogranci

karbonilna grupa sa N

asparagin i glutamin

Ogranci sa sumporom

-S

cistin i metionin

Imino skupina

=NH

prolin

Ključni pojmovi Hemijska svojstva aminokiselina ovise o njihovoj hemijskoj strukturi, a naročito o strukturi radikala R. Aminokiselinski ogranci mogu biti: alifatski, alifatski sa hidroksilnom skupinom, sa aromatskim skupinama, baznim skupinama, kiseli, amidni, ogranci sa sumporom i sa imino skupinom. Reaktivnost aminokiselina zasnovana je na prisustvu karboksilne, amino kao i R skupine. Aminokiseline su amfoterni su spojevi.

34

Aminokiseline sa alifatskom R-grupom Glicin je najednostavnija aminokiselina i jedina koja nema asimetrični C atom. Bočni lanac kod glicina sastoji se od samo jednog vodikovog atoma. Glicinski ostatak ima vrlo malen volumen, što je važno za izgradnju određenih struktura kao što je kolagen. Alanin, valin, leucin i izoleucin imaju ugljikovodične bočne lance koji se sastoje od najviše četiri ugljikova atoma. Alanin se može smatrati kao ishodni spoj za sve druge aminokiseline jer zamjenom jednog ili oba vodika u metilnoj grupi, nekim drugim ostatkom, nastaju strukturne formule ostalih aminokiselina. Valin17, leucin i izoleucin imaju razgranat ugljikov skelet. Hemijski su razmjerno slični, pogotovo leucin i izoleucin.

Glicin

Alanin

Leucin (esencijalna)

Valin (esencijalna)

Izoleucin (esencijalna)

Aminokiseline sa alifatskom R-groupom

Glicin je antacid i zaslađivač. Sudjeluje u sintezi DNA, fosfolipida i kolagena. Pomaže skladištenju glukoze putem povećanja mogućnosti skladištenja glikogena. Alanin jedna od najčešćih aminokiselina u sastavu proteina, a osim uobičajenih gradivnih funkcija, služi i za proizvodnju energije te pomaže u regulaciji šećera u krvi. Aminokiseline razgranatog lanca BCAA18 su: leucin, izoleucin i valin. Mišićno je tkivo satkano od BCAA koje mu služe za proizvodnju energije i sintezu proteina. Aminokiseline sa hidroksil R-grupom Serin, treonin i tirozin imaju hidroksilnu grupu u pobočnim lancima. Serin sadrži jednu alkoholnu hidroksilnu skupinu koja može ući u reakcije kao što su reakcija stvaranje estera. Ester s fosfatnom kiselinom fiziološki je važan sastavni dio nekih proteina i fosfatida. Hidroksilna skupina ima posebnu funkciju u nekim enzimima. Treonin19 je

Valin je 2 – aminoizovalerijanska kiselina, leucin je 2 – amino – 4 – metil – valerijanska kiselina dok je izoleucin 2 – amino – 3- metil valerijanska kiselina 18 Skraćenica od Branched Chain Amino Acids –BCAA, aminokiseline razgranatih lanaca 19 Ime upućuje na srodstvo sa šećerom treozom 17

35

slijedeći viši homolog serina. Posjeduje dva asimetrična C atoma pa može postojati u četiri stereoizomerna oblika.

Treonin (esencijalna)

Serin

Aminokiseline sa hidroksil R-grupom

Treonin je važan za razvoj i stabilnu funkciju tiroidne žlijezde i imunološkog sistema. U kombinaciji s asparaginskom kiselinom i metioninom pomaže funkciju jetre. Amino kiseline sa R koji sadrži sumpor Cistein sadrži sumpor čija je sulfhidridna skupina prilično reaktivna. Cistein unutar peptida može lagano dehidrogenirati pri čemu nastaje disulfid. To povezivanje preko S-S veze nalazi se u mnogih proteina. Metionin je esencijalna aminokiselina odnosno S–metil derivat homocisteina. Metilna grupa može se u metabolizmu prenijeti na druge molekule, i zato je metionin glavni donor –CH3 grupa.

Metionin (esencijalna)

C istein

Aminokiseline sa sumporom u bočnom lancu

Cistein je važan za sintezu keratina, proteina koji se nalazi u koži, kosi i noktima. Ima važnu ulogu u energetskom metabolizmu i sintezi masnih kiselina. Metabolit aminokiseline cisteina u organizmu je homocistein, čija količina u organizmu može biti pokazatelj rizika za bolesti i oštećenja kardiovaskularnog sistema ili bubrega. Na regulaciju homocisteina i snižavanje njegove koncentracije mogu utjecati vitamini B skupine, folna kiselina, vitamin B12, vitamin B6. Povišena koncentracija homocisteina se javlja kao jedan od faktora tzv. metaboličkog sindroma. Metionin učestvuje u sintezi taurina, cisteina, lecitina, karnitina20 i endorfina. Važan je za zdrave nokte i kožu. Karnitin (lat. carni, meso) - aminokiselinski spoj izoliran iz crvenog mesa posvuda je prisutan u svim mišićima 20

36

Derivat metionina i cisteina je aminokiselina taurin koja takođe sadrži sumpor. To je najzastupljenija slobodna aminokiselina u mišićnom tkivu, a nalazi se i u živcima. Sudjeluje u sintezi žučnih soli, u brojnim drugim metaboličkim procesima, a važna je za očuvanje očne retine. Amidne aminokiseline Asparagin i glutamin su amidi ''kiselih aminokiselina'' koji imaju polarne amidne grupe (O=C-NH2). Pri hidrolizi proteina s kiselinom ili lužinom otcjepljuju se amidne grupe i pri tom nastaje amonijak i asparaginska, odnosno glutaminska kiselina. Ove kiseline na pobočnom lancu imaju još jednu kiselu skupinu kojoj se proton lagano odcjepljuje disocijacijom. Zbog toga nastaju dodatni negativni naboji (važno za elektrokemijska svojstva proteina).

Asparaginska kiselina

Asparagin

Glutaminska kiselina

Glutamin

Aminokiseline i njihovi amidi

Asparaginska kiselina se nalazi u aspartamu umjetnom sladilu. Odgovorna za pretvaranje amonijaka u ureu i uključena je u konverziju ugljikohidrata u mišićnu energiju. Gradivni je element imunog sistema – imunoglobulina i antitijela. Važna je kod regeneracije tkiva. Aspartat nastaje kada se kation veže na asparginsku kiselinu. Asparagin se nalazi u brojnim vrstama žitarica i krompira i to u relativno velikim količinama. Učestvuje u Maillardovim reakcijama tokom prženja hrane proizvodeći štetni akrilamid. Važan je faktor u metaboličkim procesima živčanog sistema. Glutaminska kiselina je najzastupljenija u pšenici. Uključena je u metabolizam šećera i masti. Ima važnu ulogu za funkcioniranje mozga, sintezi DNA, glutationa i ostalih aminokiselina. Pomaže odstranjenju amonijaka iz tijela. Glutamin je izvor energije za mozak i cijelo tijelo. U određenim stanjima u organizmu glutamin može postati deficitaran kao kod opeklina, upalnih bolesti crijeva i sl. Koncentracija glutamina u krvi je tri do četiri puta veća od svih ostalih aminokiselina. U organizmu se prevodi u glutaminsku kiselinu. Također je glutamin bitan za rad tankog i 37

debelog crijeva, gdje predstavlja važno gorivo za stanice crijevnog epitela. Važan je sastojak u antioksidativnom sustavu glutationa, i kao takav jedan od ključnih nutrijenata za dobru funkciju imuno sustava. Bazne skupine aminokiselina Lizin, arginin i histidin imaju po 6 C atoma. Bazne grupe u pobočnim lancima tih aminokiselina odgovorne su za pozitivne naboje na proteinima. Arginin ima najjača bazična svojstva, a zatim slijedi lizin. U mnogim aktivnim centrima enzima nalazi se reaktivna NH2 skupina lizina. Histidin sadrži slabo bazični imidazolski prsten. Kako pH vrijednost imidazola leži blizu neutralne vrijednosti, histidin može kod enzimske katalize djelovati kao donor ili akceptor protona. Zbog toga se u mnogim aktivnim centrima enzima nalaze histidinski ostaci.

Lizin (esencijalna)

Histidin (semiesencijalna)

Arginin (semiesencijalna)

Bazne skupine amino kiselina

Arginin je esencijalna aminokiselina za mišićni metabolizam i iskorištavanju dušika. Važna je komponenta za izgradnju i regeneraciju tkiva. U visokoj se koncentraciji nalazi u koži i vezivnom tkivu, te pomaže odstranjivanju amonijaka kao dijela ciklusa uree. Derivat arginina je aminokiselina ornitin s kojom je u povratnoj vezi. Ornitin takođe sudjeluje u ciklusu uree, koji je vrlo važan metabolički put za regulaciju dušika u organizmu. Lizin je važan je za rast, regeneraciju tkiva i proizvodnju hormona, enzima i antitijela. Ima ga u mišićnom tkivu. Histidin se u organizam unosi uglavnom prehranom iako i djeca i odrasli mogu sintetizirati nešto malo histidina u tijelu. Stanice otpuštaju histidin pri imunološkoj reakciji. Značajan je za rast i regeneraciju tkiva. Aminokiseline sa aromatskim prstenom 38

Fenilalanin sadrži jedan aromatski prsten, pa se stoga ne može sintetizirati u životinjskom organizmu. Tirozin posjeduje fenolnu grupu koja ima slabo kisela svojstva te iznad pH 9 disocira proton. Triptofan je heterocikločka α – aminokiselina koja posjeduje indolski prsten.

Fenilalanin

Tirozin

Triptofan (esencijalna)

Aminokiseline sa aromatskim prstenom

Fenilalanin posjeduje jedinstvenu ulogu blokatora nekih enzima središnjeg živčanog sistema koji su uobičajeno zaduženi za raspad prirodnih, morfiju sličnih, hormona zvanih endorfini i enkefalini. Tirozin je sastavni dio proteinskih amino šećera i amino lipida, koji imaju višestruke funkcije. Prekursor je za neurotransmitere - dopamin, adrenalin i noradrenalin. Važan je dio nekih peptida, kao što su enkefalini koji su prirodni opijati-moždani analgetici. Prekursor je hormonima poput tiroksina, kateholestrogena (spojeva koji su ujedno estrogeni i katehoalamini) i najvažnijeg hormona za pigmentaciju – melanina. Triptofan je esencijalna aminokiselina i u metabolizmu sudjeluje kao gradivni dio proteina.

Važan

je

aminokiselinski

prekursor

serotonina

i

melatonina,

važnih

neurotransmitera. Iminokiseline Prolin je cikličke građe. Dušikov atom u α položaju uključen je u prsten, pa stoga nije primaran, već sekundaran amin. Prolin ako je povezan u peptidu može se hidroksilacijom modificirati u hidroksiprolin, što je bitno u sintezi kolagena. Prolin ima bočni lanac vezan na dušik amino grupe a i na α – C – atom, formirajući tako cikličku strukturu. Aminokiseline mogu i ne moraju biti topljive u vodi što ovisi o slobodnom radikalu (R). Sve osim glicina su optički aktivni spojevi21 što znači da mogu zakretati ravninu polarizirane svjetlosti i sadrže bar jedan asimetričan C-atom (L i D izomeri). 21

Sve osim glicina

39

Prolin

Imino kiselina

Prolin je nužan za sintezu kolagena i i oporavak hrskavice. Aminokiseline - preteče brojnih biološki važnih spojeva Amino kiselina Triptofan

Tirozin

Spoj

Biološka uloga

serotonin

vazokonstriktor

NAD+ i NADP+ dopamin adrenalin i noradrenalin melanin

Koenzimi dehidrogenaza neurotransmiter hormoni i transmiteri

Histidin

tiroksin histamin

Serin

holin

pigment kože, kose i očiju hormon lokalni upalni agens, regulira želučanu sekreciju sastojak acetilholina i fosfolipida koenzimi koji vežu željezo fosfokreatin je skladišni oblik energije unutarstanični reducens probava lipida nukleotidni koenzimi, RNA, DNA neurotransmiter

porfirini Glicin

kreatin glutation žučne soli purini

Glutamat

GABA

Iz aminokiselina organizam stvara proteinogene i neproteinogene aminokiseline. Tako se na primjer, aminokiseline koje tvore nove proteine u organizmu zovu proteinogene. Iz nekih aminokiselina mogu da se sintetiziraju masti i one su ketogene, dok aminokiseline koje stvaraju glukozu nazivamo glukogene. Tokom Krebsova ciklusa uree od aminokiselina biva uklonjena amino skupina te preko intermedijernih produkata može nastati glukoza. Taj metabolički proces je poznat kao glukoneogeneza. Iz aminokiselina 40

stvara se ne samo glukoza, nego i prekursori sinteze masti i sama mast. Mnoge aminokiseline su istodobno i ketogene i glukogene. Glukogene mogu biti gotovo sve aminokiseline, ali su to najčešće alanin, glutamat i asparagin, te rjeđe cistein, glicin i serin. Ketogene aminokiseline za čovjeka su leucin i lizin dok treonin, izoleucin, fenil alanin, i tirozin mogu biti i glukogene i ketogene. U proces dezaminacije najviše su uključene glutaminska i asparginska kiselina. Osim 20 proteinogenih aminokiselina u ljudskom tijelu se nalazi još oko stotinu neproteinogenih aminokiselina. One obavljaju najrazličitije funkcije. Iz njih organizam stvara, glukozu ili masti u stanicama gotovo cijelog tijela, a osobito u jetri, crijevima i mišićima. Osim proteina, glukoze i masti, iz aminokiselina se sintetiziraju biogeni amini i drugi važni sintetski spojevi. Tako se iz glicina sintetizira hemoglobin, kreatin i glutation (tripeptid koji štiti organizam kao antioksidans, te u reduciranom obliku učestvuje pri prijenosu aminokiselina kroz membranu stanica). Iz tirozina stvaraju se kateholamini (adrenalin, noradrenalin) i hormoni štitnjače. Iz triptofana stvara se biogeni amin serotonin i nikotinska kiselina (niacin). Iz lizina se stvara karnitin, iz histidina biogeni amin histamin, iz cisteina taurin i glutation, a iz lizina i taurina zučne kiseline itd. Sve to govori o ogromnim mogućnostima prirode da iz najjednostavnijih elemenata stvara složene molekule- bjelančevine, masti, ugljične hidrate, vitamine, vodu, hormone, zaštitna protutijela, biogene amine itd. Aminokiseline u hrani Postoje aminokiseline koje ne ulaze u sastav proteina i nazivaju se neproteinske aminokiseline

(npr.

ß-alanin,

ornitin,

norleucin,

norvalin

i

citrulin).

Najviše

aminokiselina koje su uglavnom u sastavu proteina ima u životinjskoj hrani pa se esencijalne aminokiseline uglavnom namiruju iz namirnica životinjskog porijekla, npr.: meso, riba, jaja, žitarice, jezgrasto voće i mahunasto povrće. Većina aminokiselina danas se proizvode kao hidrolizati proteina i koriste kao dodaci prehrani u formi posebnih pripravaka. Koristi ih medicina u paranteralnoj prehrani u kliničkim uvjetima. U ishrani stanovništva danas nedostaju uglavnom tri aminokiseline, to su triptofan, lizin i metionin. One predstavljaju limitirajući faktor iskorištenja hrane, zbog čega je potrebno da se izvori proteina raspodjele što pravilnije u ishrani ljudi i životinja. Nedostatak ovih proteina se može rješiti njihovim dodatkom u prehrambene proizvode 41

biljnog porijekla, posebno žitarice u kojima je nedostatak ovih aminokiselina najveći. Namirnice biljnog porijekla sadrže u nedovoljnim količinama aminokiseline lizin, metionin i triptofan. Za osobe koji se hrane samo namirnicama biljnog porijekla je potrebno reći da su neki proteini biljnog porijekla komplementarni. Kombinovanjem različitih namirnica koje sadrže biljne proteine mogu se obezbijediti minimalne količine esencijalnih kiselina. Aminokiseline u hrani Manje prisutne aminokiselina Lizin Lizin Triptofan Lizin i triptofan Metionin (ili cistein) Fenilalanin (ili tirozin) Metionin ili cistein

Izvor proteina Pšenica Riža Leguminoze Kukuruz Grahorice Govedina Mlijeko ili sirutka

Pravilnom prehranom unos esencijalnih aminokiselina je dovoljan i nema potrebe za suplementacijom.

42

Aminokiseline neophodne za gradnju proteina u ljudskom organizmu Esencijalne (nezamjenjive) aminokiseline Izoleucin Lizin Treonin Leucin Metionin Triptofan Fenilalanin Valin Semiesencijalne aminokiseline Arginin Histidin Neesencijalne (zamjenjive)aminokiseline Alanin Cistein Prolin Asparagin Glutaminska Serin kiselina Asparaginska Glutamin Tirozin kiselina Glicin

Odnos aminokiseline i njihova zastupljenost u hrani, proces probave uz enzimsku hidrolizu proteina te ponovna sinteza proteina iz aminokiselina je složen proces u organizmu. Treba imati u vidu vrlo raznoliku ulogu aminokiselina njihove različite anaboličke i kataboličke puteve. Kao što smo vidjeli, aminokiseline imaju različit hemijski sastav. Svaka od njih ima tačno određenu funkciju u organizmu. Neke se unose isključivo hranom (esencijalne), dok se druge mogu sintetizirati u organizmu. Neke aminokiseline, kao slobodne, nalaze se u vrlo malim količinama u cirkulaciji i otopljene u drugim tjelesnim tekućinama. One su važne za prehrambenu i metaboličku kontrolu proteina u ljudskom tijelu. Tako slobodnog fenilalanina u našem tijelu ima samo 0.2% od njegove sveukupne količine. Mnogo više ima slobodnog glutamata i alanina. Na primjer u mišićima ima oko 10 - 15 g dušika iz glutamina. Koncentracija slobodnih aminokiseline je veća u intracelularnoj tekućini nego u krvnoj plazmi. Aminokiseline leucin i fenilalanin su gotovo 2 puta više zastupljene u mišićnom tkivu nego u plazmi. Glutamin, glutaminske kiselina i glicin su čak 10 do 50 puta više zastupljeni u tkivnoj tekućini, nego u krvnoj plazmi. Koncentracija aminokiselina u krvnoj tekućini i u tkivima je bitna za normalno održanje organizma i razumjevanje mehanizma koji upravljaju sadržajem proteina u tkivima.

43

RDI različitih aminokiselina za odrasle mg /kg TT Amino kiselina

RDI za odrasle mg /kg TT mg/70 kg

Fenilalanin i tirozin

14

980

Leucin

14

980

Metionin i cistein

13

910

Lizin

12

840

Izoleucin

10

700

Valin

10

700

Treonin

7

490

Triptofan

3

245

Ključni pojmovi Da bi organizam sintetisao proteine moraju biti prisutne sve esecijalne aminokiseline i to u odgovarajućim proporcijama. Odsustvo samo jedne od esencijalnih aminokiselina može štetno da utiče na sintezu proteina u organizmu i da proporcionalno umanji djelotvornost svih ostalih. Esencijalne aminokiseline su: triptofan, treonin, lizin, leucin, izoleucin, fenil alanin, metionin, valin te arginin i histidin. Neke od njih imaju izuzetan značaj za rast organizma. Ostale, glicin, alanin, serin, glutaminsku kiselinu, glutamin, asparaginsku kiselinu, asparagin, prolin, cistein, tirozin, ljudski organizam može sam da sintetiše od produkata razlaganja bjelančevina ili od ostalih aminokiselina. Arginin, ornitin, cistein, cistin, glutamin, taurin i tirozin dio su neesencijalnih aminokiselina, ali kod nekih osoba zbog bolesti ili probavnih disfunkcija, također mogu biti esencijalne. Za novorođenče su esencijalne: cistein, taurin i arginin.

Peptidi Najvažnija hemijska reakcija aminokiselina je formiranje peptidne veze između karboksilne

grupe

jedne

aminokiseline

(-COOH)

i

amino

grupe

(-NH2)

druge

aminokiseline, u kojoj se atom ugljenika vezuje za atom azota uz oslobađanje molekula vode. Aminokiseline se međusobno vežu tako da reakcijom između karboksilne skupine jedne i amino skupine druge aminokiseline nastane amid. Tako nastali amidi zovu se peptidi, a veza između njih je amidna (peptidna) veza. Oko veze između karbonilnog ugljika i dušikova atoma nema slobodne rotacije jer ta veza djelomice ima svojstva dvostruke veze. Međusobnim povezivanjem manje od 100 aminokiselina nastaju peptidi. Ako se dvije aminokisline povežu nastaje dipeptid, ako se povežu tri onda je tripeptid, a polipeptid nastaje vezivanjem više aminokiselina. Ovisno o tome koja od aminokiselina reagira s amino skupinom, ili karboksilnom skupinom, dvije se aminokiseline mogu međusobno vezati na dva načina. Stoga iz dvije 44

aminokiseline mogu nastati dva različita dipeptida, u kojima aminokiselina na početku lanca ima slobodnu amino skupinu, a ona na kraju lanca karboksilnu skupinu. Dva kraja lanca amino kiseline se nazivaju karboksilni kraj (C-tеrminus) i amino kraj (N- tеrminus) na osnovu prirode njihove slobodne grupe na svakom kraju.

Amino kiselina 1

+

Amino kiselina 2

=

dipeptid

+

voda (nije prikazana)

Nastanak peptidne veze

Tokom probave hrane enzimskom hidrolizom proteina i peptida troši se jedna molekula vode koja se ''ugrađuje u molekule'' aminokiselina. Ponovnom sintezom proteina u organizmu oslobađa se molekula vode i nastaje takozvana endogena voda. Kod nekih proteina oksidacijom cisteinskih ostataka nastaje disulfidna veza. Uz peptidnu vezu to je još jedina unakrsna kovalentna veza koja dolazi u proteinima. Neki biološki peptidi značajni u prehani Peptid Glutation tripeptid (Glu-CysGly).

Funkcija Regulacija oksidoreduktivnih reakcija

Inzulin

Regulira metabolizem glukoze Stimulator apetita Stimulator apetita L-Asp-L-Phe. Umjetno sladilo.

Grelin Neuropeptid Y Aspartam, sintetični peptid Leptin Holecistokinin (CCK) Amilin Ciklopeptidi

Supresor apetita Supresor apetita Supresor apetita Otrovne tvari u gljivama

45

Proteini Ključni pojmovi Najvažnija hemijska reakcija aminokiselina je formiranje peptidne veze. Peptidi su prirodni polimeri aminokiselina i nisu suštinski različiti od proteina. Osnovna razlika je da su peptidi polimeri male ukupne mase, dok proteini sadrže više aminokiselina i njihova molekularna masa je veća.

Proteini su ključni gradivni elementi žive stanice svakog organizma. Nalaze se svugdje, u svim dijelovima ljudskog tijela, kao na primjer mozgu, krvi, noktima, kosi, a od proteina su građeni enzimi i neki hormoni. Tjelesni proteini se sintetiziraju pod uvjetom da u "pulu"22 tokom metabolizma postoje sve esencijalne aminokiseline. Čim nedostaje jedna, manjak se nastoji kompenzirati sintezom. Ako to nije moguće, dolazi do poremećaja izraženog kao malnutricija. Proteini čine preko 20% mase čovjeka, s tim da u strukturi mišića, unutrašnjih organa, kože, kose, noktiju predstavljaju primarnu komponentu. Proteini su važna komponenta u industrijskoj proizvodnji hrane jer imaju višestruku funkciju. Prirodni su sastojci hrane biljnog i životinjskog porijekla. U prerađenom obliku koriste se kao sredstva za vezanje vode, emulgiranje, popravljanje viskoziteta, obogaćivanje namirnica itd. Prema definicniji EU23 protein je ukupni dušik dobiven metodom po Kjeldahlu pomnožen s faktorom 6,25. Za razliku od ostalih supstanci iz hrane, proteini sadrže prosječno 16% dušika, pa se njihovo laboratorijsko utvrđivanje temelji na utvrđivanju dušika. Elementarni sastav proteina Element Ugljik Vodik Kisik Azot Sumpor

Maseni udio (%) 50-55 6,5-7,3 19-24 15-18 0-2,4

Proteini, kao biološki polimeri, nastaju povezivanjem većeg broja aminokiselina, najčešće više od stotinu. Povezivanje se ostvaruje peptidnom vezom koja nastaje povezivanjem α-karboksilne skupine jedne aminokiseline i α-amino skupine druge 22 23

eng. pool - rezerva Direktiva EU br. 496/90

46

aminokiseline. Tako nastaje nerazgranati polipeptidni lanac izgrađen od pravilno ponavljane okosnice ili glavnog lanca i međusobno različitih ogranaka. Svaki protein ima jedinstvenu aminokiselinsku sekvencu koja je određena sekvencom nukleotida u genu. Osnovni pojmovi biološke sinteze proteina Tokom procesa biološke sinteze proteina u živom organizmu, tačan redoslijed aminokiselina u peptidnom lancu se uspostavlja za vrijeme procesa translacije. Prema središnjoj dogmi molekularne biologije slijed nukleotida u DNA24, složenim staničnim procesima, se prevodi u slijed aminokiselina u proteinu. Informacija u DNA određuje strukturu proteina. Genetička informacija organizma sadržana je unutar genoma kojeg sačinjava ukupna DNA. Gen je funkcionalna jedinica genoma ili odsječak DNA koji kodira polipeptidni lanac ili molekulu RNA25. Gen čini slijed nukleotida koji nosi informaciju za funkcionalni protein ili RNA molekulu. RNA je sastavljena od niza nukleotida i zadužena je za prevođenje nasljedne poruke zapisane u DNA u proteine. Postoje tri tipa RNA: glasnička RNA (mRNA) sadrži prijepis nasljedne upute, transportna RNA (tRNA) koja donosi aminokiseline tokom sinteze proteina i ribozomska RNA (rRNA) koja sudjeluje u građi ribozoma. Geni se sastoje od egzona i introna. Egzoni su slijedovi nukleotida unutar gena koji se prevode u protein. Introni su slijedovi nukleotida unutar gena koji se ne prevode u protein. Ekspresija gena je nastanak genskog produkta. Središnja dogma molekularne biologije objašnjava prijenos genske poruke u sistemu: DNA-RNA- protein.

Translacija

Replikacija, transkripcija i translacija DNA sadrži uputu za biosintezu proteina, preko redoslijeda baza. Replikacija (umnažanje) DNA je proces kojim se stvara identična kopija dvolančane DNA-molekule, 24 25

DNA deoksiribonukleinska kiselina predstavlja supstancu kromosoma i nosi nasljednu poruku.

47

koristeći postojeću uzvojnicu DNA kao kalup na kojem se stvara nova uzvojnica. Transkripcija je sinteza molekule RNA na molekuli DNA (ili prepisivanje genetičke upute - prepisivanje DNA u RNA). Translacija je sinteza proteina na ribosomima prema prijepisu genetičke upute odnosno prevođenje redoslijeda ribonukleotida u redoslijed aminokiselina. Translacija ili sinteza proteina, sastoji se iz tri faze: 1. inicijacije – započinjanja sinteze 2. elongacije – produživanja lanca i 3. terminacije – završetka sinteze. Polipeptidni lanac raste od amino kraja prema karboksilnom kraju. Struktura proteina Za razumjevanje konstitucije proteina na molekularnom nivou potrebno je poznavanje njihove trodimenzionalne strukture. Za utvrđivanje strukture proteina koriste se tehnike kao što su kristalografija X zracima ili NMR spektroskopija. Eksperimentima sa ribonukleozom, enzimom koji hidrolizira RNA, a koje je proveo Christian Anfinsen26 otkriveno je da slijed aminokiselina (primarna struktura) u nekom proteinu određuje njegovu trodimenzijsku građu (konformaciju). Proteini imaju 4 strukturna nivoa koji određuju izgled proteina u prostorukonformaciju. Te strukture definiraju se kao: primarna, sekundarna, tercijarna i kvartarna struktura. Primarna struktura predstavlja slijed aminokiselina u polipeptidnom lancu. Ovaj slijed aminokiselina se održava kompaktnim pomoću kovalentne peptidne veze.

Primarna struktura

Sekundarne strukture

Tercijalna struktura

Kvartenarna struktura

Proteini imaju 4 strukturna nivoa koji određuju izgled proteina u prostoru Sekundarne strukture predstavlja izgled polipeptidnog lanca u prostoru. Sekundarne strukture se stabiliziraju hidrogenskim vezama27. Sekundarna struktura je lokalna prostorna organizacija atoma okosnice polipeptidnog lanca neovisna o konformaciji 26 27

Nobelova nagrada za hemiju 1972 god vodikovim mostovima

48

pobočnih lanaca. Opisuje odnos i prostorni raspored susjednih aminokiselina u lancu. Razlikujemo dva tipa sekundarne strukture: α-uzvojnice i β-nabrane ravni.

α-uzvojnica i β-nabrane ravni

Tercijarna struktura je prostorni odnos aminokiselinskih ostataka međusobno vrlo udaljenih u linearnom slijedu. Tercijarna struktura se održava prvenstveno hidrofobnom interakcijom ali i hidrogenskim vezama, ionskom interakcijom i disulfidnom vezom koje su obično uključene u lanac. Zavisno od tercijarne strukture, proteini se dijele na fibrilarne i globularne. Fibrilarni proteini imaju vlaknastu strukturu i teško se otapaju u vodi. Globularni proteini imaju zbijenu strukturu loptastog oblika. Otapaju se u vodi pa zbog veličine molekula, formiraju koloide. Kvaternernu strukturu posjeduju proteini koji su sastavljeni iz više polipeptidnih lanaca. Ovaj nivo proteinske organizacije predstavlja prostorni raspored, odnosno međusobni odnos svih polipeptida koje tvore jedan protein. Znači da proteinski oligomeri odn. multimeri imaju kvartenarnu strukturu koja nastaje udruživanjem više proteinskih podjedinica-protomera. Ove podjedinice su međusobno povezane nekovalentnim vezama između pobočnih lanaca njihovih aminokiselinskih ostataka. U nekim slučajevima podjedinice su povezane i disulfidnim vezama. Neki oligomerni proteini su građeni od istih a neki od različitih podjedinica. Protein se može mijenjati kroz nekoliko sličnih struktura u obavljanju svojih bioloških funkcija. U kontekstu ovih funkcionalnih preuređenja, tercijarne i kvaternerne strukture se obično nazivaju ''konformacije'', a prelazi između njih konformacione promjene. Podjela proteina

49

U odnosu na porijeklo, proteine dijelimo na biljne i životinjske. Životinjski proteini bogatiji su esencijalnim aminokiselinama, nego biljni. Vezivna životinjska proteinska tkiva imaju manje esencijalnih aminokiselina u odnosu na druga jestiva tkiva. Prema sastavu i stepenu složenosti proteini se dijele na proste i složene. Struktura proteina može obuhvatiti i neproteinske molekule. U tom smislu razlikujemo homoproteine sastavljene od aminokiselina i heteroproteine, sastavljeni od proteinskog dijela i prostetične grupe: Heteroprotein = apoprotein (protein) + prostetska grupa Jednostavni ili prosti proteini građeni samo od aminokiselina, a hidrolizom se razlažu samo do aminokiselina. Složeni proteini (heteroproteini) pored aminokiselina hidrolizom daju i druge materije kao što su ugljikohidrati, nukleinske kiseline, fosfor i sl. Prosti proteini biljnog porijekla su prolamini i glutelini, a životinjskog albumini, globulini, protamini, histoni, skleroproteini. Fibrilarni proteini imaju vlaknastu strukturu kao što je primjer fibroina svile. To podrazumijeva da su končasti pa se zovu još i vlakna. Relativno su velike dužine, imaju kvaternu prostornu strukturu. Fibrilarni proteini se teško otapaju u vodi. Služe kao gradivne komponente organizma. Tu spadaju: kolagen, elastin, keratin, fibrinogen, miozin itd. Najpoznatiji fibrilarni proteini su kolagen i elastin, koji su osnovni konstituenti ekstracelularnog matriksa dajući čvrstinu vezivnim tkivima. Kolagen je jedan od osnovnih strukturnih proteina u organizmu. To je jednostavni protein građen od nekoliko aminokiselina, ali iznimne čvrstoće i fleksibilnosti. Ulazi u sastav mišića, zglobova, tetiva i ligamenata. Kolagen je jak i dugačak molekul koji čini čak 25% svih proteina organizma sisara. Kolagena vlakna su glavna strukturna komponenta ekstracelularnog matriksa, za koju se vezuju druge strukture (elastin, proteoglikani, adhezivni proteini ekstracelularnog matriksa). Jako je važan u hrskavici, ligamentima, tetivama, kostima, zubima, omogućava zategnutost kože i krvnih sudova. Prisutan je i kao kristalin u očnom sočivu. Jedan od ključnih procesa u sintezi kolagena je hidroksilacija, koja određuje čvrstoću kolagenske uzvojnice. U hidroksilaciji aminokiseline prolina u hidroksiprolin sudjeluje vitamin C, koji određuje kvalitetu nastalih kolagenih vlakana. Deficit faktora bitnih za hidroksilaciju, poput bakra ili vitamina C dovodi do loše kvalitete kolagena, što za posljedicu dovodi do skorbuta.

50

Mnoga tkiva i organi u organizmu moraju biti jaka i elastična. To omogućavaju elastinska vlakna. Elastin daje elastičnost tkivima i uvijek se nalazi uz nerastegljiviji kolagen kako bi se ograničilo rastezanje datih tkiva. Keratin se nalazi u kosi, noktima, dlakama, perju, rogovima, papcima i sadrži veće količine aminokiseline cisteina. Keratin je najjači protein koja je odgovoran za stabilnost i oblik stanice. Određene podgrupe ovog proteina28 su glavni sastojak kose i dlake sisavaca, ljusaka kod gmazova, perja, noktiju, kandži, rogova, uši itd. Fibrinogen je protein plazme i sudjeluje u zgrušavanju krvi. Fibrinogen je plazmin glikoprotein. Po hemijskom sastavu spada u globuline. Miozin se nalazi u mišićima, sudjeluje u kontrakciji mišića. Globularni proteini imaju sferičnu, loptastu strukturu, pa se zovu i sferoproteini. Tu spadaju: histoni, albumini i globulini. Histoni su okruglasti proteini stanične jezgre vezani uz nukleinske kiseline oko kojih se mota DNK. Histoni su relativno mali bazični proteini sa visokom učestalošću pozitivno nabijenih aminokiselina lizin i arginin, što im omogućava čvršće vezanje za negativno nabijenu DNA. Albumin je tip jednostavnog hidrosolubilnog proteina široko rasprostranjenog u mnogim tkivima i tekućinama u biljnom i životinjskom svijetu. Inačice albumina nalaze se u krvi, mlijeku, bjelanjku jajeta (albumen – bjelance), mesu, ječmu i mišiću. Biološki je punovrijedan protein, koji je topiv u vodi. U mlijeku se nalazi u sirutki, znači vodenom dijelu, za razliku od kazeina koji se odvaja u masni dio. U ljudskom organizmu obavlja funkciju transporta, održavanje acidobazne ravnoteže i osmotskog tlaka. Globulini se nalaze u plazmi, a izmedju ostalog imaju funkciju zaštita organa. Ima ih u mlijeku, mesu, jajima itd. Otapaju se u vodi i zbog veličine molekula, formiraju koloide. Globularnim proteinima pripada: hemoglobin, mioglobin, enzim ribonukleaza, enzim lizozim, citokrom C, imunoglobulin, aktin te membranski proteini, na primjer, enzimlaktoza permeaza ili rodopsin, receptor važan u transdukciji svjetlosnih signala. Složeni proteini Složeni proteini zovu se i proteidi. Građeni su od prostetske skupine i proteinskog dijela. Prostatska skupina nije protein. To podrazumijeva da složeni proteini u svom sastavu

imaju,

osim

amino-kiselina

i

nebjelančevinastu

komponentu.

Ta

nebjelančevinasta komponenta može biti lipid, šećer, nukleinska kiselina ili specifična bojena materija. Prema prirodi te komponente, proteine možemo podijeliti na gradivne 28

tzv. trihocitični keratini

51

i biološki aktivne. Gradivni proteini, zajedno sa drugim organskim makromolekulima, ulaze u građu protoplazme. Biološki aktivni proteini učestvuju u regulaciji metaboličkih procesa i ostalih funkcija živih bića. Složeni proteini Naziv proteina Metaloproteini Lipoproteini Glikoproteini Nukleoprotein Fosfoproteini Kromoproteini

Konstituenti proteina prostetska skupina metal (transferin) + protein lipid + protein, HDL, LDL, VLDL šećer + protein nukleinska kiseline + protein fosfor + protein Obojena prostetska grupa + protein (hemoglobin)

Denaturacija i renaturacija proteina Termičkom

obradom

proteina,

tretiranjem

bazama

i

kiselinama,

sušenjem,

soljenjenjem, zračenjem dolazi do njihove denaturacije. Pod uticajem različitih faktora (kiseline, baze, promjena pH, visoke temperature i sl.), trodimenzionalna struktura proteina se može narušiti pri čemu dolazi do odmotavanja lanaca. Ta promjena se naziva denaturacijom proteina. D enaturacija

D enaturirano stanje

Prirodno stanje

Pri denaturaciji proteina dolazi do prelaza uvijenog oblika u odvijeni oblik

Denaturacija proteina može biti: ▪ reverzibilna (povratna), a uzrokuju je razrjeđeni alkoholi i soli lakih metala ▪ ireverzibilna – uzrokuju je UV i X zračenja, organska otapala, jake kiseline i baze, visoka temperatura i soli teških metala.

52

Pri porastu koncentracije denaturansa dolazi do vrlo oštrog prelaza nativnog uvijenog oblika u odvijeni, denaturirani oblik proteina

Denaturacija proteina značajna je u svim biološkim sistemima, bilo da se radi o probavi hrane ili o njenoj preradi u industriji. Termički tretman hrane uzrokuje složene hemijske procese koji uključuju i denaturaciju proteina, te najčešće poboljšanje njihove probavljivosti i biološke iskoristivosti u ljudskom organizmu. Denaturacijom enzima prisutnih u hrani pri povišenim temperaturama vršimo njihovu inaktivaciju i taj proces je poznat kao blanširanje.

Ključni pojmovi Proteini su polimeri aminokiselina. Nastaju prema središnjoj dogmi molekularne biologije tokom procesa replikacije, transkripcije i translacije. Regulacija njihovog nastanka determinirana je genetskim kodom. Na molekularnom nivou potrebno je poznavanje njihove primarne, sekundarne, tercijerna i kvaterne strukture. Dijele se prema porijeklu na biljne i animalne. Prema hemijskoj strukturi mogu se podijeliti na proste i složene. Prosti proteini građeni samo od aminokiselina, a složeni pored aminokiselina u svom sastavu mogu imati ugljikohidrate, nukleinske kiseline, fosfor i sl. Prosti proteini biljnog porijekla su prolamini i glutelini, a životinjskog albumini, globulini, protamini, histoni, skleroproteini. Složeni proteini su metaloproteini, lipoproteini, glikoproteini, nukleoproteini, fosfoproteini, kromoproteini i drugi. Prema obliku molekula proteini se dijele na fibrilarne i globularne. Proteini pod utjecajem vanjski faktora, temperature, kiselina, baza, soli denaturiraju.

LIPIDI Lipidi nisu samo masti i ulja. Lipidi obuhvataju širok spektar molekula raznovrsne hemijske strukture i biološkog porijekla uključujući: masne kiseline, triacilglicerole, voskove, osfolipide, sfingolipide, holesterole i druge steroide. Različiti kriteriji se mogu uzimati pri podjeli i klasifikaciji lipida. To može biti: porijeklo, hemijski sastav, uloga u organizmu, nivo složenosti, nutritivni zahtjevi i utjecaj na zdravlje.

53

Prema porijeklu lipidi se dijele na biljne i životinjske. Prema hemijskom sastavu (mogućnosti osapunjenja) dijele se na osapunjive i neosapunjive. Osapunjivi lipidi u molekuli sadrže ostatak bar jedne masne kiseline, koja se pri alkalnoj hidrolizi oslobađa u vidu alkalne soli, odnosno sapuna. U ovu grupu spadaju: neutralne masti (triacilgliceroli), fosfogliceridi, sfingolipidi i voskovi. Neosapunjivi lipidi se često zovu zajedničkim imenom i izoprenoidi, a obuhvataju: steroide (steroli, žučne kiseline i steroidni hormoni) i terpene. Prema ulozi koju obavljaju u organizmu postoje lipidi kao depoi energije, strukturni lipidi (fosfolipidi, voskovi, steroidi) i regulatorni lipidi (polni hormoni i hormoni korteksa nadbubrežnih žlijezda). Prema nivou složenosti hemijske strukture lipide možemo podijeliti na jednostavne, konjugirane, derivirane i ostale lipide. Jednostavni lipidi su neutralne masti (trigliceridi i poligliceridi) i voskovi. U konjugirane lipide spadaju: ▪ fosfolipidi (sadrže fosfatnu skupinu i molekulu masti) ▪ cerebrozidi (sadrže ugljikohidrat i molekulu masti) ▪ sulfolipidi (sadrže sulfatnu grupu) U derivirane lipide spadaju: ▪ masne kiseline ▪ masni alkoholi ▪ masni aldehidi ▪ masni ugljikohidrati ▪ vitamini A, D, E, K U ostale vrste lipida spadaju ▪ sapuni ▪ pigmenti i boje ▪ oksidativni polimeri ▪ termalni polimeri ▪ lipoproteini Lipidi u hrani imaju jedinstvena fizička i hemijska svojstva. Njihov sastav, kristalna struktura, temperature topljenja, sposobnost asociranja (vezivanja) molekula vode i drugih nelipidnih molekula su od velikog značaja za funkcionalna svojstva većine 54

namirnica. Svojstvo lipida je stvaranje micela i dvosloja u kontaktu sa vodom. Lipidi s jednim bočnim lancem stvaraju micele dok lipidi s dva bočna lanca stvaraju dvosloje.

Svojstvo lipida je stvaranje micela i dvosloja

Lipidi se u svim živim ćelijama javljaju kao strukturna komponenta. Neki su linearne alifatske molekule, dok drugi imaju prstenastu strukturu. Neki su aromatski, dok drugi nisu. Neki lipidi imaju djelimično polarni karakter, dok su drugi nepolarni. Općenito, njihova izvorna struktura je nepolarna ili hidrofobna, što znači da ne postoji dobra intereakcija sa polarnim otapalima kao što je voda. Neke grupe lipida mogu imati dio strukture koji je polaran ili hidrofilni i pokazuje dobru tendenciju da se združe sa polarnim otapalom kao što je voda. Općenito ova pojava ih čini amfolitnim molekulama (posjeduju oba svojstva hidrofilno i hidrofobno). U slučaju holesterola hidrofilna komponenta je – OH grupa (hidroksil ili alkohol). U slučaju fosfolipida polarne grupe su veće i više polarizirane. Masti i ulja – trigliceridi Trigliceridi (triacilgliceroli, masti ili neutralne masti) su esteri trohidroksilnog alkohola i monokarboksilnih masnih kiselina. Molekula masti i ulja se sastoji od tri molekula masnih kiselina, koje su vezane za jedan molekul trihidroksilnog alkohola glicerola. Masti koje sadrže nezasićene masne kiseline (sa dvostrukim vezama između ugljenikovih atoma) zapravo su ulja, karakterističnija za biljke nego za životinje. Molekuli masti kao izvor energije deponuju se u masnim (adipoznim) ćelijama, koje sadrže mnoge lipidne kapljice. U sastav masti ulaze masne kiseline sa 4-26 ugljenikovih atoma i to samo masne kiseline sa parnim brojem C atoma. U sastavu većine masti dominiraju masne kiseline sa 16-18 atoma ugljenika u lancu (palmitinska, stearinska i oleinska).

55

O

O HO

H2 C OH HC OH H 2 C OH

+

H2 C O C R1 O

C R1 O

HC O

HO C R2 O HO C R3

C R2 + 3 H O

2

H2 C O C R3

Trigliceridi su estri trohidroksilnog alkohala glicerola i masnih kiselina

Kao trovalentni alkohol glicerol može graditi monoestere, diestere i triestere, koji se nazivaju monoacilgliceroli, diacilgliceroli odnosno triacilgliceroli. Triacilgliceroli koji u sva

tri

položaja

triacilglicerolima.

sadrže

istu

Triacilglicerol

vrstu

masne

koji

sadrži

kiseline tri

nazivaju

palmitinske

se

jednostavnim

kiseline

naziva

se

tripalmitoilglicerol ili tripalmitin, onaj koji sadrži tri stearinske kiseline tristearilglicerol ili tristearin. Masti se u organizmima nalaze kao protoplazmatične masti (u određenoj količini) i kao rezervne masti (u neodređenoj količini). Većina triacilglicerola koji su prisutni u prirodi su mješoviti, oni sadrže dvije ili više različitih masnih kiselina. Osnovna struktura masne kiseline je lanac ugljičnih atoma u kojoj je karboksilna grupa (-COOH) na jednoj strani i metilna grupa (-CH 3) na drugoj strani. Masne kiseline koje nisu vezane sa drugim komponentama ponekad se zovu "slobodne" masne kiseline. Neke slobodne masne kiseline imaju vlastite ukuse. Buterna kiselina, naprimjer, daje maslacu njegov okus. Kaprolna, kaprilna i kapronska kiselina, dobile su naziv od grčke riječi capra (koza) i imaju neugodan miris te doprinose jakom neugodnom mirisu iskvarene hrane. Zavisno od broja vodonikovih atoma koji su vezani na slobodne valencije ugljenika u molekuli kiseline razlikuju se tri tipa masnih kiselina: zasićene, mononezasićene i polinezasićene. Masne kiseline se razlikuju u dužini lanca. Masne kiseline su podjeljene na kratko-lančane (manje od 6 ugljika), srednje-lančane (6 prema 10 ugljika), i dugolančane (12 ili više ugljika). Što je kraći ugljični lanac to je masnoća u više tekućem obliku (snižava se njeno talište). Dužina lanca masnih kiselina opredeljuje puteve njihove apsorpcije u probavnom traktu. Ako su lanci između ugljičnih atoma u masnoj kiselini povezani jednostrukim vezama (C-C) te masna kiselina pripada zasićenim masnim kiselinama. Vodikovi atomi potpuno ispunjavaju sva slobodna mjesta. Ovaj tip masnih kiselina dominira u mastima koje su čvrste na sobnoj temperaturi (masti životinjskog porijekla). Na primjer, stearinska 56

kiselina sa 18-ugljičnih atoma je zasićena masna kiselina. Nalazi se u čokoladi i mesu. Ako je jedna ili više veza između ugljikovih atoma povezana dvostrukim vezama (C=C) masna kiselina pripada nezasićenim masnim kiselinama. Masna kiselina s jednom dvostrukom vezom je mononezasićena masna kiselina, sa dvije ili više dvostrukih veza zove se polinezasićena masna kiselina. Mononezasićene masne kiseline imaju takav hemijski sastav koji im omogućuje vezivanje još dva atoma vodika u molekuli masne kiseline. Ako se u molekuli nalazi dosta nezasićenih kiselina to su onda ulja, koja su na sobnoj temperaturi tečna (maslinovo ulje, sojino, suncokretovo, ulje uljane repice). Međutim neke masti se često nazivaju uljima iako su u krutom stanju na sobnoj temperaturi, kakav je slučaj sa palminim uljem. Oleinska kiselina sa 18-ugljičnih

atoma je mononezasićena masna kiselina.

Zastupljena je u maslinovom ulju. Maslinovo ulje je tečno na sobnoj temperaturi, a hlađenjem se može stvrdnuti. Polinezasićena linolna kiselina je masna kiselina sojinog ulja koja je manje tečna na sobnoj temperaturi. H

H CH 3 (CH 2 )7 C C (CH 10 9

2 )7

O C OH

Oleinska kiselina, glavni sastojak maslinovog ulja

Ukoliko su kiselinski ostaci duži, utoliko raste i tačka topljenja. Ako su kiseline nezasićene, tačka topljenja opada sa brojem dvostrukih veza. Životinjske masti su uglavnom na sobnoj temperaturi čvrste izuzev životinjskih ulja riba sjevernih mora29. CH3(CH2)7

(CH2 )7 CO2H C

H

C

C H3(CH2)4

CH2 C C

H

H

O leinska kiselina

(CH2)7CO2H C C

HH

H

Linolna kiselina

Dvostruke veze u nezasićenim masnim kiselinama

Polinezasićene masne kiseline imaju više "slobodnih" mjesta na atomima ugljika na koje mogu vezati atome vodika. Najpoznatija od tih masnih kiselina je linolna masna 29

U prehrani značajne masne kiseline iz ovih ulja EPA i DHA

57

kiselina koja ulazi u sastav brojnih biljnih ulja poput suncokretovog, kukuruznog i sezamovog. Veliki izvor polinezasićenih masnih kiselina su ribe, a naročito plava riba. Najčešće masne kiseline Zasićene masne kiseline 12:0 14:0 16:0 18:0

Laurinska Miristinska Palmitinska Stearinska

CH3(CH2)10COOH CH3 (CH2)12COOH CH3 (CH2)14COOH CH3 (CH2)16COOH

Nezasićene masne kisel 16:1 18:1 18:3

Palmitoleinska Oleinska Linoleinska

CH3 (CH2) 5CH=CH(CH2) 7COOH CH3 (CH2) 7CH=CH(CH2) 7COOH CH3 (CH2) 4 (CH=CHCH2) 3 (CH2) 3COO

Masne kiseline u sastavu triglicerida se prikazuju skraćenim brojčanim izrazima. Prvi predstavlja broj atoma ugljenika a drugi broj dvostrukih veza. Tako na primjer 12:0, 18:1 i 18:3 predstavljaju laurinsku, oleinsku i linolensku kiselinu. Reakcije nezasićenih masnih kiselina podliježu reakcijama adicije-hidrogenizacije, te tako nastaju zasićene masne kiseline.

R-HC=CH-CH2 -CH 2-COOH

H2

R-CH 2-CH2-CH2CH2-COOH

Biljna ulja se hidrogenizacijom pretvaraju u krute biljne masnoće i margarin. Transmasne kiseline su nezasićene masne kiseline koje sadrže trans dvostruku vezu između atoma ugljika koja tvori lanac molekule manje svinut u odnosu na masne kiseline s cis dvostrukom vezom. Masovnaija konzumacija ulja, dovela su do razvoja mnogobrojnih tehnoloških postupaka uključujući zagrijavanje i tiještenje na visokim temperaturama, dekolorizaciju, dezodoriranje itd. Razvijani su tehnološki procesi proizvodnje hidrogeniziranih masti i margarina u kojem se procesom hidrogenacije molekule vodika ''dodaju'' molekuli nezasićene masne kiseline. Ovi hemijski procesi mijenjaju prirodnu CIS strukturu masnih kiselina u TRANS koja je neprirodna i ljudski organizam je ne može iskoristiti. Trebalo je nekoliko desetljeća da bude potvrđeno da se

58

i ovim procesom prirodni CIS oblici masnih kiselina prevode u neprirodne, i čak po zdravlje rizične TRANS masne kiseline.

a) Cis masna kiselina i njen segment

b) trans masna kiselina i njen segment

Cis (jestiva) i trans (štetne po zdravlje) konfiguracija masnih kiselina

Takva ''trans'' svojstva se najčešće pojavljuju industrijskom preradom, postupkom koji se naziva hidrogenizacija biljnih ulja30. Pretjerano konzumiranje trans masnih kiselina dovodi do ozbiljnih zdravstvenih poremećaja i zato u naprednim zemljama odgovorne institucije određuju postotak trans masti u prehrambenim namirnicama. Trans masne kiseline i hidrogenirana ulja doprinose opadanju imuniteta, gojaznosti, pojavi šećerne bolesti, holesterola, razvoju krvožilnih bolesti, bolesti prostate, smanjenju izlučivanja testosterona i sperme, pa čak i povećanoj učestalosti poroda djece sa niskom porođajnom težinom.

30

Istraživanja pokazuju da te transmasne kiseline u nedostatku esencijalnih masnih kiselina zauzmu njihovo mjesto u vitalnim procesima i uzrokuju cirkulacijske bolesti kao što su arterioskleroza i bolest srčanog mišića.

59

Vrste masnih kiselina i njihovi izvori Osnovne masne kiseline Zasićene

Polinezasićene

Mononezasićene

Životinjski proizvodi, palmino i kokosovo ulje, kakao puter Suncokret, kukuruz, soja, ulje od pamučnog sjemena orasi i masline, kanola, kikiriki, šafranično ulje

Trans masne kiseline Čvrsti margarin, brza hrana i peciva

Esencijalne masne kiseline Omega-3 masne kiseline

DHA i EPA

Omega-6 masne kiseline

Kanola ulje,soja, maslinovo ulje, mnogi lješnjaci, sjemenje Ribe: skuša, tuna, losos, haringa, pastrmka, riblje ulje Biljke, i neka biljna ulja (sojino i ulje od kanole)

Esencijalne masne kiseline Ljudsko tijelo ne raspolaže enzimom koji razlaže dvostruke veze masnih lanaca većih od 10 ugljikovih atoma. Masne kiseline sa više dvostrukih veza (linolna, linolenska i arahidonska) ubrajaju se u esencijalne sastojke hrane, jer se ne mogu sintetizovati u organizmu. Esencijalne masne kiseline 18: 2

Linolna

CH3 (CH2) (CH2)6COOH

18: 3

Linolenska

CH3CH2 (CH=CHCH2) 3 (CH2) 6COOH

20: 4

Arahidonska

CH3 (CH2) 2COOH

4

4

(CH=CHCH2)

2

(CH=CHCH2)4(CH2)

Linolna kiselina ima prvu dvostruku vezu između 6. i 7. ugljenikova atoma, zbog čega se naziva omega 6-masnom kiselinom, a linoleinska kiselina ima dvostruku vezu između 3. i 4. ugljenikovog atoma i ubraja se u omega 3-masne kiseline. Prisutne su u sjemenkama i sjemenim uljima. Esencijalne masne kiseline su ključne u metabolizmu i presudne su za dobro zdravlje. Sudjeluju u funkcioniranju živčanog tkiva, mrežnice i mozga. Ključne su za kognitivnu funkciju mozga, memoriranje, vizualno razlikovanje itd.

60

Omega-3 masne su kiseline ključne za stanične membrane – ako ih nema dovoljno u opskrbi, trpe sve stanice, a time tkiva i organi. Od vremena kada je utvrđeno da Eskimi, koji konzumiraju isključivo meso i masnoću, ne obolijevaju od srčanog udara jer ih štite upravo masne kiseline popularno nazvane omega-3. Do danas, stručna literatura o njihovim ljekovitim učincima popela se na nekoliko hiljada naslova i svakim se danom povećava. Omega-3 masne kiseline redovito dodaju umjetnoj hrani za dojenčad jer ih u uobičajenim namirnicama (osim morskih plodova) nema. Kada je u pitanju riba ili riblje ulje, za procjenu kvalitete potrebno je u analizama

gledati

na

dvije

ključne

omega-3

masne

kiseline:

EPA-C

20:5

(eikosapentenska) i DHA-C 22:6 (dokosaheksanoinska) masne kiseline. Treća je esencijalna ALA - C 18:3 (alfa-linolna). Premda spada u omega-3 skupinu, ima je u ulju lanenog sjemena, a ne u ribljem ulju (osim u tragovima). Pod omega-3 masnim kiselinama podrazumijevamo zbroj EPA i DHA masnih kiselina. Ova vrsta masti vrlo lako podliježe reakcijama oksidacije, zbog čega se pakuje u tamnu ambalažu nepropusnu za sunce. U njih se prilikom pakovanja dodaju antioksidansi. Nedostak esencijalni masnih kiselina izaziva gubitak vode, dermatoze i perifernu neuropatiju. Potreban – preporučeni denvni unos je 15 do 20 % od ukupno unesene energije, odnosno 15 g /dan kod djece i 50 g / dan kod odraslih. Posljednjih nekoliko godina pažnju fiziologa i farmaceuta zaokuplja gama-linolenska kiselina jer djeluje kao preteča u nastanku tvari koje zovemo prostaglandini-2. To su specijalni hemijski "glasnici" koje koriste sva tkiva u organizmu. Preko njih može se odrediti biološka dob pojedinog organizma, a neophodni su za sve životne funkcije. Fizikalno hemijska svojstva Masne kiseline se već na sobnoj temperaturi mijenjaju putem oksidacije. Pri tome se molekule masnih kiselina razlažu na ugljikovodike, ketone, aldehide, te u manjoj mjeri na epokside i alkohole. Teški metali i u malim količinama ubrzavaju oksidaciju (čime pokazuju stupanj zagađenja). Masnoće i ulja se zbog toga često tretiraju sa antioksidansima. Gliceridi reaguju kao estri, a posebno je važna reakcija hidrolize, pri čemu se izdvaja glicerol i masne kiseline. Hidroliza se može vršiti enzimski ili dejstvom kiselina ili baza. Za trigliceride je karakteričan jodni, kiselinski broj, saponifikacioni broj, a na stupanj degradacije ukazuju slobodne masne kiseline, peroksidni broj i anisidin vrijednost.

61

Jodni broj predstavlja količinu joda u gramima koja se veže na 100 g masti. Jod se veže na dvostruke veze masne kiseline te iz njega dobijamo uvid u stepen nezasićenosti masti. Jodni broj svinjske masti je 46-66, a maslinovog ulja oko 85. Saponifikacioni broj predstavlja miligrame KOH potrebne za osapunjenje 1 g masti (mg KOH/g masti). Zavisi o sastavu masnih kiselina, te masti koje sadrže masne kiseline niže molekularne mase imaju viši saponifikacioni broj i obratno. Kiselinski broj ili broj neutralizacije je mjerilo stupnja hidrolize. Definira se kao broj miligrama KOH koji je potreban za neutralizaciju slobodnih masnih kiselina u 1 g masti ili za neutralizaciju 1 g masnih kiselina. Kiselost ili aciditet masti često se izražava i kao procenat slobodnih masnih kiselina. Što je veći % slobodnih masnih kiselina (SMK) ulje je lošije i procesi degradacije su većeg intenziteta i redovito su obrnuto proporcionalni sa sadržajem svih ostalih sastojaka koji čine kvalitetu (aromatski spojevi, vitamini, polifenoli i drugi) a time i njegovu prehrambenu vrijednost. Povećanje sadržaja slobodnih masnih kiselina, kao i peroksida u trigliceridima praćeno je pojavom neugodnog okusa i mirisa. Peroksidni broj označava nivo primarne oksidacije masnih kiselina i on pokazuje količinu hidroperoksida kao primarnih proizvoda autooksidacije i izražava se u miliekvivalentima O2/kg. Peroksidni broj je u uskoj vezi s načinom čuvanja ulja. Oksidacija masti je jedna od osnovnih reakcija koja utječe na zdravstvenu ispravnost triglicerida jer su produkti reakcije oksidacije štetni po zdravlje potrošača.

Ključni pojmovi Trigliceridi su najčešće zastupljeni u prehrani. To su estri glicerola i masnih kiselina. Svojstva triglicerida određuju masne kiseline koje mogu biti nezasićene i zasićene, kratkolančane, srednjelančane i dugolančane, u cis i trans obliku. Trigliceridi su u krutom stanju na sobnoj temperaturi ako ih grade zasićene masne kiseline, a u slučaju kad ih grade nezasićene onda su tečni-ulja. Neke masne kiseline su esencijalne kao što je linolna, linolenska i arahidonska31. Linolna kiselina ima prvu dvostruku vezu između 6. i 7. ugljenikovog atoma, zbog čega se naziva omega 6masnom kiselinom, a linoleinska kiselina ima dvostruku vezu između 3. i 4. ugljenikovog atoma i ubraja se u omega 3-masne kiseline. Ljudsko tijelo ne raspolaže enzimom koji razlaže dvostruke veze masnih lanaca većih od 10 ugljikovih atoma.

Fosfolipidi Fosfolipidi su glavne strukturne komponente ćelijskih membrana. Slično mastima, sastoje se od masnih kiselina i glicerola. Međutim, treća masna kiselina je zamijenjena Esencijalne znači da ih organizam ne može sintetizirati i moraju se unositi sa hranom, arahidonska je uvjetno esencijalna 31

62

fosfatnom grupom koja posjeduje negativna naelektrisanja, za koju je obično vezana još neka polarna grupa.

Osnovna struktura fosfolipida

Predstavnici fofolipida su: lecitin, cefalin i drugi. Lecitini i cefalini površinski su aktivna biološka sredstva jer imaju hidrofilni polarni kraj i hidrofobnu komponentu. Sojino ulje sadrži oko 3,5% fosfatida32, te ovo ulje služi kao izvor njihovog dobijanja.

Lecitin

Prehrambena industrija koristi lecitin kao emulgator pri miješanju dva sastojka koji se prirodno ne miješaju kao što su ulje i voda. Njegova hranjiva vrijednost ovisi o sadržaju kolina i esencijalnih masnih kiselina, odnosno o namirnici u kojoj se nalazi. Lecitin se nalazi u jajima, soji, mlijeku, čokoladi, vafel proizvodima, majonezi kao i žvakaćoj gumi te brojnim drugim prehrambenim proizvodima. Sva nerafinirana ulja sjemenki sadrže veći ili manji postotak lecitina. Djeluje kao izvrstan emulgator masti. Lecitin je strukturni dio membrane stanice i staničnih organela. Jedan je od tri glavna emulgatora u prirodi, uz sfingomijelin i cefalin. Neophodan je za detoksikacijsku ulogu jetre. Konstitucija fosfolipida važna je u biološkim sistemima. Fosfatna grupa kod fosfolipida čini hidrofilnu glavu molekule, za razliku od hidrofobnih repova masnih kiselina. 32

Fofatidi -lipidi koji sadrže fosfornu kiselinu

63

Zahvaljujući ovakvoj strukturi, fosfolipidi su amfipatične molekule, koje spontano u vodi obrazuju dvoslojni film u kome su glave orijentisane prema spolja – prema vodi, a repovi prema unutra, što predstavlja osnovu strukture ćelijskih membrana.

Fosfolipidi u vodi obrazuju dvoslojni film u kome su glave orijentisane prema spolja a repovi prema unutra

Fosfolipidi su najobilniji u žumanjcima jaja, jetri, soji i kikirikiju. Ljudsko tijelo je u stanju sintetizirati fosfolipide. Sfingolipidi Sfingolipidi su vrsta fosfolipida bez glicerola, ali su po strukturi i djelovanju srodni fosfolipidima. To su složeni lipidi kod kojih je na primarnu OH- grupu na C1 sfingozina u dijelu molekule esterski vezan fosfoholin ili fosfoetanolamin. Od masnih kiselina u sfingomijelinima najčešće su prisutne palmitinska, stearinska, lignocerinska kiselina, kao zasićene masne kiseline i nervonska kiselina.

Struktura sfingomijelina

Ključni pojmovi Fosfolipidi su komponente hrane, a imaju značajnu funkciju u ljudskom oragnizmu. Najznačajniji fosfolipid u hrani je lecitin. Fosfolipidi su najobilniji u žumanjcima jaja, jetri, soji i kikirikiju. Ljudsko tijelo u stanju je sintetizirati fosfolipide. Sfingomijelini su također fosfolipidi.

64

Voskovi Voskovi su takođe jedan od oblika strukturnih lipida. Voskovi su estri viših masnih kiselina i viših alkohola sa 20 do 70 C atoma u molekulu. Oni formiraju zaštitni sloj na koži, krznu, perju, lišću i plodovima viših biljaka i na egzoskeletu mnogih insekata. Prirodni voskovi (pčelinji vosak, mast iz kitove glave, biljni voskovi) smjese su različitih tvari. Glavni sastojak je ester dugolančanih jednovalentnih alkohola s višim masnim kiselinama. Iz pčelinjeg voska izoliran je miricin, ester palmitinske kiseline s miricilnim alkoholom, C30H61OH. Iz glave kita je izoliran cetilpalmitat, CH3-(CH2)14-CO-O-C16H33. Uz te estere nalazimo u voskovima nerazgranate ugljikovodonike, estere sterola, slobodne masne kiseline i hidroksi masne kiseline. Kod biljaka su 80% svih lipida voskovi koji stvaraju zaštitni sloj na površini biljke i štite je od isparavanja vode. Prirodni vosak (pčelinji, lanolin) pored estara sadrži i malu količinu slobodnih masnih kiselina, nekih alkohola i ugljovodinika, sa 20-35 C atoma u molekulu. Lipidi izoprenoidnog porijekla Lipidi izoprenoidnog porijekla mogu se svrstati u sljedeće grupe: ▪ steroidi čija struktura potiče od od triterpena (C5H8)

6

a to su: holesterol, sterolni

derivati (esteri, glikozidi), vitamin D, žučne kiseline, steroidni hormoni ▪ karotenoidi kao što je provitamin A ▪ izoprenoidni vitamini kao što su vitamini E i K

Izopren (2-metil, 1, 3-butadien) čini osnovnu strukturu lipida izoprenoidnog porijekla

65

Steroidi Holesterol pripada grupi jedinjenja poznatih kao steroidi. To je steroid životinjskog porijekla. Steroidi se po strukturi razlikuju od drugih lipida, ali su svrstani u ovu grupu zato što su nerastvorljivi u vodi. Svi steroidi imaju četiri povezana prstena sastavljena od ugljenika, a neki od njih kao holesterol, imaju ugljovodonični lanac. Holesterol je steroidni alkohol koji u položaju 3-beta A prstena steroidnog skeleta sadrži hidroksilnu skupinu, a na C17 atomu razgranati alifatični lanac od 8 C atoma.

Steroidnaprstenasta struktura

Holesterol

Struktura holesterola - uljikovodični dio vezan je za steroid na jednom kraju molekule, a hidroksilna skupina je vezana na drugom kraju steroidnog prstena

Holesterol je od osnovnog značaja za život. Tijelo odraslog čovjeka sadrži oko 150 gr holesterola. Prehrambeni holesterol je holesterol koji je prisutan u hrani koju jedemo. Nalazi se u hrani animalnog porijekla uključujući jaja, maslac, mlijeko, kajmak, džigerica i bubrezi. Nema ga u hrani biljnog porijekla. Holesterol u krvi indikator je u uspostavljanju medicinskih dijagnoza. Holesterol je prisutan u svim ćelijskim membranama, sem u bakterijskim. Oko 25% suhe težine membrana crvenih krvnih zrnaca čini holesterol. Također obezbjeđuje osnovnu shemu za sinteze mnogih hormona – polni steroidi, kao što su estradiol i testosteron, steroidni hormoni kore nadbubrežne žlijezde, npr. kortizol, kao i prethodnik vitamina D (7-dehidroholesterol). Holesterol je također ključni prethodnik žučnih kiselina i stoga je od vitalnog značaja za probavu masnoća. Glavna je komponenta mijelinskog omotača nervnih vlakana. U starijih ljudi holesterol formira masne naslage u unutrašnjosti krvnih sudova što smanjuje njihovu elastičnost, zatvara ih i dovodi do povećanog krvnog pritiska te srčanog i moždanog udara.

66

Karotenoidi Osnovnu strukturu karotenoida čine kovalentno povezane izoprenske jedinice. Razlikujemo dvije strukturne grupe karotenoida: karoteni i ksantofili. Karotenoidi su topivi u uljima i organskim otapalima, a boja im varira od žute preko narančaste do crvene što podrazumijeva da se nalaze u narančastom, žutom, crvenom i zelenom voću i povrću. Danas poznajemo oko 600 karotenoida, a u voću i povrću ih ima oko pedesetak. Najpoznatiji karotenoidi su beta karoten, likopen i lutein. Struktura provitamina A potiče od tetraterpena (C5 H8)8. Beta-karoten je snažan izvor vitamina A, u koji ga ovisno o potrebi pretvara naš organizam. Ukoliko ne dođe do pretvorbe karotenoida u vitamin A, oni se ugrađuju u hilomikrone te dolaze u jetru. U cirkulaciji se nalaze vezani za lipoproteine. U karotenoide spadaju: ▪ narančasti karoten (mrkva, kukuruz, marelica, breskva, agrumi, bundeva), ▪ crveni likopen (rajčica, lubenica, marelica), ▪ žuto-narančasti ksantofil (kukuruz, breskva, paprika, bundeva), ▪ žuto-narančasti krocetin (šafran). Izoprenoidni vitamini su vitamini E i K. Većina namirnica koje sadrže višestruko nezasićene masne kiseline sadrže i vitamin E.

Ključni pojmovi Voskovi su estri viših masnih kiselina i viših alkohola sa 20 do 70 C atoma u molekulu. Holesterol je tvar, lipid steroidne strukture i integralni je dio životinjskih tkiva (jaja, meso, neke ribe, punomasno mlijeko itd.). Nema ga u biljnim ćelijama. Holesterol ima mnogo funkcija u organizmu, neophodan je za sintezu polnih hormona i žučnih kiselina koje učestvuju u varenju hrane.

Lipoproteini Lipoproteini su kompleksi-čestice masnih spojeva i proteina. Konkretnije lipoprotein je kompleks holesterola, triglicerida i fosfolipida s proteinima. Lipidna komponenta lipoproteina sadrži četiri tipa molekula, u različitom omjeru u različitim razredima lipoproteina. Svi lipoproteini imaju u svom sastavu fosfolipide, kolesterol, esterificirani kolesterol i trigliceride. Poznavajući svojstva ovih kategorija lipida može se pouzdano sačiniti opći model lipoproteina. Fosfolipidi, zbog svojstva amfipatičnosti (jedan kraj molekule je polaran, a drugi nepolaran) zajedno s proteinima čine vanjsku ovojnicu 67

lipoproteina. Polarne glave fosfolipida su izložene vodenom mediju, a nepolarni krajevi okrenuti prema unutrašnjosti. Esterificirani holesterol i trigliceridi su velike nepolarne molekule i smještene su u sredini čestica. Holesterol je blago polaran, pa može biti i na površini i u unutrašnjosti čestice.

Opći izgled lipoproteinske čestice

Glavna uloga lipoproteina je transport lipida u organizmu. Lipoproteini se dijele prema sastavu, veličini i gustoći na 4 kategorija u kojima redom opada udio masti, a raste udio proteina. To su: ▪ hilomikroni ▪ VLDL lipoproteini ▪ LDL lipoproteini ▪ HDL lipoproteini Najveće lipoproteinske čestice, ujedno i čestice najmanje gustoće nazivamo hilomikronima (CM) u kojima se nalazi najviše triglicerida uz manje količine fosfolipida, kolesterola i apoproteina. Služe za transport triglicerida unesenih hranom. Nešto manje čestice nazivamo lipoproteinima vrlo male gustoće, najčešće poznate pod akronimom VLDL (od engleskog Very Low Density Lipoprotein) i oni služe za transport endogenih triglicerida u organizmu. Postoje i lipoproteini srednje gustoće (Intermediate Density Lipoproteins) poznati po kratici IDL, formiraju se katabolizmom VLDL i prekursori su za tvorbu LDL.

68

L DL -Hemijsta struktura

Protein Fosfolipid Triglicerid Holesterol

Hemijska struktura i izgled pod mikroskopom

Još manje i gušće čestice su lipoproteini male gustoće (LDL – Low Density Lipoprotein) koji služe kao glavni transporteri holesterola do perifernih stanica.

HDL -Hemijska struktura

Protein Fosfolipid Triglicerid Holesterol

HDL hemijska struktura i izgled pod mikroskopom

Najgušće i najmanje čestice su lipoproteini velike gustoće, HDL (od engl. High Density Lipoprotein). Sadrže najviše proteina od svih navedenih kategorija, služe također za transport kolesterola ali od stanica u jetru. Glikolipidi Glikolipidi su složeni lipidi konjugirani sa ugljičnim hidratima, a ugljikohidratna komponenta je najčešće D-galaktoza. Bitni su za funkciju bioloških membrana. Nalaze se u mozgu i krvi. Glikolipidi su izgrađeni od sfingozina, ostatka masnih kiselina (acila) i šećera vezanog na primarnu hidroksilnu skupinu sfingozina. Ključni pojmovi Lipoproteini su konjugati proteina i lipida. Od namirnica, jaja su posebno bogata lipoproteinima. U ljudskom organizmu imaju značajnu ulogu u transportu nutrijenata. Za razliku od HDL-a, LDL je lipoprotein štetan po zdravlje, jer povišene vrijednosti LDL u cirkulaciji dovode do stvaranja plaka33 u krvnim sudovima.

33

Plak-talog, krustracije

69

UGLJIČNI HIDRATI – KARBOHIDRATI Ključni pojmovi Za razumijevanje procesa prehrane od izuzetnog su značaja jednostavni šećeri: glukoza, fruktoza i galaktoza. Oni su ujedno i monomerne jednice u gradnji karbohidratnih komponenata hrane. Vezivanjem glukoze i fruktoze nastaje saharoza, a vezivanjem galaktoze i glukoze nastaje laktoza i oni su u prehrani značajniji disaharidi. Škrob je homoglikan jer je sastavljen od lanca glukoze, a takođe i neprobavljiva celuloza. Postoje i heteroglikani kao što su polisaharidne gume i pektini. Ugljični hidrati se inače dijele na monosaharide (najčešće pentoze i heksoze, odnosno aldoze i ketoze), disaharide i polisaharide. Ugljičnih hidrata ima u žitaricama (škrob), voću, povrću, mlijeku (laktoza) i industrijskim proizvodima (konditorski).

Ugljični hidrati su hemijski konstituenti hrane koji imaju važnu energetsku ulogu u biološkom sistemu ishrane. Predstavljaju veliku grupu hemijskih spojeva i zajedno sa lipidima i proteinima čine osnovne nutritivne komponente koje svakodnevno unosimo hranom. Vrednuju se kao energetske i biološki aktivne komponente ishrane. Sa energetskog aspekta, ugljikohidrati predstavljaju najviše validiranu komponentu u hrani. Ugljični hidrati su najčistije gorivo i najefikasniji izvor energije za ljudsko tijelo. U ljudskom tijelu se apsorbuju u obliku prostih šećera (glukoza, fruktoza i galaktoza), što ne znači da ne unosimo i one složenije forme. Ako je unešena količina dovoljna za zadovoljenje naših potreba, biohemijski se stvaraju rezerve kao složeniji oblici (glikogen) koji se po potrebi mobilišu. Pri sagorijevanju za sobom ostavljaju, kao nusprodukte, samo vodu i ugljendioksid koji se potom eliminišu. Ugljični hidrati su pretežno ciklički polihidroksi aldehidi ili ketoni, odnosno supstance koje hidrolizom daju ove spojeve. Prema klasičnoj definiciji ugljični hidrati su proizvodi oksidacije polivalentnih alkohola, odnosno oni su aldehidi ili ketoni alkohola ili jedinjenja nastala kondenzacijom polivalentnih alkohola. Gledajući njihov hemijski sastav, sastavljeni su od vodonika, ugljenika i kiseonika. Opšta formula ugljičnih hidrata je Cn(H2O)n. Zbog svoje velike raznovrsnosti, postoji više podjela ugljičnih hidrata. Dijele se prema svom hemijskom sastavu i probavljivosti. Obzirom na probavu najlakše ih je podijeliti na: proste i kompleksne ugljične hidrate. U grupi kompleksnih ugljikohidrata su topiva i netopiva vlakna. Jednostavni ugljikohidrati značajni kao krajnji produkti probave ugljikohidratne hrane su glukoza, fruktoza i galaktoza. U svakodnevnoj prehrani najviše unosimo disaharida saharoze u formi kuhinjskog šećera, a u industrijskim proizvodima najviše se nalazi glukozno-fruktoznog ili bombonskog (dekstroznog) sirupa. Karakteristično je da su svi slatkog okusa. Osim ugljičnih hidrata koji se prirodno nalaze u namirnicama, hemijskim putem je dobijen 70

značajan broj sinteskih spojeva koji se prvenstveno koriste kao zaslađivači, a koji po svojoj prirodi nisu uvijek ugljični hidrati. Ugljični hidrati koji sadrže aldehidnu grupu nazivaju se aldoze, a ugljični hidrati koji sadrže keto grupu ketoze. Ugljični hidrati se nazivaju i glicidi (franc, glucides, tal. glicidii). Često se upotrebljava i naziv saharidi (prema lat. saccharum = šećer). Podjela ugljikohidrata34 Grupa Jednostavni šećeri

Stepen polimerizacije

Podgrupa monosaharidi

1 do 2

polioli

2

disaharidi

3 do 9

malto-oligosahridi

Oligosaharidi skrob Polisaharidi

Veći od 9

neskrobni polisaharidi

Komponente u prehrani glukoza, galaktoza, fruktoza sorbitol, manitol saharoza, laktoza, maltoza, trehaloza maltodekstrini, rafinoza stahioza amiloza, amilopektin, modificirani skrob celuloza hemiceluloza, pektini, sluzi, gume

Ugljični hidrati sadrže energiju koja na indirektan način potiče od Sunca. Biljke proizvode ugljične hidrate i kiseonik procesom fotosinteze koristeći ugljen dioksid iz zraka, vodu iz zemljišta i sunčevu energiju. Stvaraju se u zelenim biljkama asimiliranjem ugljik-dioksida (CO2) i vode procesom fotosinteze u kojoj se iskorištava Sunčeva energija po reakciji: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 Ugljični hidrati su najzastupljenije biomolekule na Zemlji. Godišnje se fotosintezom u celulozu i druge biljne proizvode prevede više od 100 milijardi tona CO2 i H2O. Oni su strukturalne komponente (celuloza), sačinjavaju energetske rezerve (biljni škrobov), imaju esencijalne funkcije kao komponente nukleinskih kiselina (riboza i dezoksiriboza) i kao komponente vitamina (riboza i riboflavin). Ugljikohidrati oksidacijom oslobađaju 34

Grujić R.: Nauka o ishrani čovjeka,

71

energiju. Glukoza je u krvi čovjeka primarni izvor energije za ljudsko tijelo. Fermentacijom ugljikohidrata pomoću kvasaca i drugih mikoorganizama može se proizvesti ugljen dioksid, alkohol, organske kiseline i druge komponente. Klasična podjela ugljičnih hidrata jeste podjela na proste šećere, oligosaharide i polisaharide. Prosti ugljični hidrati ili jednostavni šećeri Prosti ugljični hidrati (prosti šećeri) nalaze se u kuhinjskom šećeru (saharoza), voću, povrću, medu i mlijeku. Prosti ugljični hidrati u većim količinama su prisutni u slatkišima, kolačima, gaziranim sokovima i kristalnom šećeru. Ako se uzimaju u rafinisanoj ekstrahovanoj formi svi su samo čist izvor kalorija. U slatkišima, kolačima, gaziranim sokovima i sličnoj hrani nema vitamina i biološki korisnih tvari, ili ako ih ima, oni su zastupljeni u veoma malim količinama. Ako se unose sa svježim voćem i povrćem, mlijekom i žitaricama onda su dio nutritivno kompletnije hrane. Postoji puno hemijskih modifikacija ovih molekula u prirodi, a time i u hrani. U prehrani su najzastupljeniji: glukoza, fruktoza, galaktoza. Od disaharida najčešće se u hrani nalaze saharoza i laktoza, a manje maltoza. Šećeri sačinjavaju najveći dio rastvorljivih suhih materija u hrani. Zajedno sa kiselinama i solima predstavljaju osnovnu komponentu u formiranju ukusa proizvoda. Mogu biti reducirajući i nereducirajući. Reducirajući šećeri imaju slobodnu aldehidnu skupinu (reducens) ili keto-skupinu koja može izomerizirati35 u slobodni aldehid. Tako kod polisaharida razlikujemo reducirajuće i nereducirajuće krajeve lanaca, ovisno o tome može li se prsten monosaharidne jedinice na kraju lanca otvoriti u slobodnu aldehidnu skupinu. Svi nemodificirani monosaharidi su reducirajući. Saharoza je primjer nereducirajućeg disaharida. Kod saharoze glikozidna veza spaja dva anomerna ugljika (C1 glukoze i C2 fruktoze) te nije moguće otvaranje niti jednog od dvaju prstenova. Monosaharidi, disahardi i njihovi derivati Monosaharidi (grč. monos = sam, jedan) su najjednostavniji ili osnovni saharidi. Ne mogu se cijepati na manje molekule izuzev metaboličkih procesa stvaranja energije u organizmima i sagorijevanja u prirodi. Disaharidi sadrže dvije molekule šećera povezane kovalentnom vezom. Monosaharidi i disaharidi daju različit stepen slatkoće hrani. Izomerija je pojava da spojevi iste molekularne mase i jednake hemijske formule mogu imati različita svojstva zbog različitog rasporeda atoma u svojoj molekuli 35

72

Monosaharidi, glukoza, fruktoza i galaktoza zbog jednostavne hemijske strukture brzo se apsorbuju u probavnom traktu i naglo povećavaju nivo šećera u krvi (naročito glukoza). Monosaharidi i njihovi derivati Pentoze

Heksoze

Derivati monosaharida

šećerni alkoholi: glicerol, inozitol, manitol, sorbitol, dulcitol amino šećeri: galaktozamin, Galaktoza glukozamin šećerne kiseline: askorbinska, Glukoza glukonska, glukuronska

Arabinoza Fruktoza Riboza Ksiloza

Monosaharidi Hemijske osobine monosaharida određene su prisustvom aldehidne, keto i alkoholne hidroksilne

funkcionalne

grupe.

Oksidacijom

aldehidne

grupe

aldoza

nastaju

monokarboksilne ''aldonske'' kiseline. Oksidacijom primarne alkoholne grupe na C6 ugljeniku nastaju ''uronske kiseline'' a istovremeno oksidacijom aldehidne i C6 OH grupe nastaju ''šećerne kiseline''. CHO H

OH

H

OH

H

OH CH2OH

Riboza

Opća formula šećera pentoza i formula riboze Monosaharide dijelimo na pentoze i heksoze. Pentoze sadrže pet atoma ugljika i pet molekula vode (C5H10O5). Važnije pentoze su arabinoza i ksiloza, dok je riboza sastavni dio nukleinskih kiselina i koenzima koji se nalaze u svim stanicama, ali u vrlo malim razmjerima. Arabinoza se nalazi u slobodnom obliku, ali u relativno malim količinama u nekim vrstama voća i gomolja odnosno lukovica, npr. u šljivi, višnji, luku. Ljudski je organizam ne može metabolizirati. Ksiloza se u manjim količinama nalazi slobodna u nekim vrstama voća (npr. u marelici), a slično arabinozi, ne može se metabolizirati u ljudskom organizmu.

73

Svi monosaharidi kod kojih je hidroksilna skupina na hiralnom atomu ugljika (koji je označen najvećim brojem, u ovom slučaju C-5) smještena na desnoj strani se nazivaju Dmonosaharidi, a ako je OH skupina na lijevoj strani onda su to L-monosaharidi. L-šećeri su manje rasprostranjeni u prirodi u odnosu na D oblike, ali ipak imaju važnu biološku ulogu.

H

5

OH

HO

CH2OH

5

H

CH2OH

L - Monosaharid

D - Monosaharid

D i L oblik monosaharida Heksoze su najvažniji i u prirodi najrašireniji šećeri. Nalaze se kao slobodni ili kao vezani spojevi. To su glukoza, galaktoza i fruktoza, te za prehranu manje važne manoza, ramnoza i sorboza. Glukoza (C6H12O6) je grožđani šećer, obilno prisutna u voću, a zove se i dekstroza. Ime "grožđani šećer" ne znači da on postoji samo u grožđu. Najprisutniji je šećer u prirodi. U slobodnom obliku nalazi se u voću, povrću, kukuruznom sladu i medu. Osnovni je izvor ugljikohidratne energije. Nesumnjivo, glukoza predstavlja najvažniji šećer za živu stanicu kod velike većine organizama. Ona čini najveći udio od ugljikohidrata koji se koriste u ishrani čovjeka, domaćih životinja, kao i u metabolizmu biljaka. Hrani daje srednje sladak okus. U hrani obično ne postoji kao monosaharid već ulazi u sastav ostalih šećera formirajući disaharide, škrob i dijetalna vlakna. Glukoza čini najmanje jednu od dvije molekule koje vezivanjem daju disaharide.

Fischer-ova formula D i L glukoza i 3D izgled D-Glukoze Pomoću Fischer-ove projekcijske formule, vidimo da glukoza ima četiri hiralna centra C-2, C-3, C-4 i C-5. 74

Svi ugljikohidrati, bilo jednostavni ili složeni, na kraju se u organizmu konvertiraju u glukozu. U tijelu glukoza daje energiju ćelijama. Tijelo reguliše nivo glukoze u krvi da bi osiguralo konstantan izvor glukoze za obavljanje vitalnih funkcija. Glukoza je jedini izvor energije koji upotrebljava mozak, izuzev za vrijeme dužeg gladovanja kada je njen nivo u krvi nizak. Ljudski organizam nastoji razinu glukoze održavati stalnom. Glavnu ulogu u tome ima hormon pankreasa inzulin koji regulira razinu glukoze u krvi povećavajući iskorištenje glukoze u organizmu, te predstavlja ključni hormon za ulazak glukoze u stanicu. Drugi hormon koji reguliše nivo glukoze je glukagon, koji pokreće mehanizme za povećanje nivoa glukoze u krvi. Vezano uz ovo su i pojmovi "šećer u krvi" ili razina glukoze u krvi. Razina glukoze u krvi izražava se u milimolima na litru krvi, a normalna razina glukoze u krvi je između 3 i 6 mmol/L. Razina glukoze ispod 3mmol/L je stanje hipoglikemije, a preko 6 mmol/L je hiperglikemija. Koncentracija glukoze veća od 7 mmol/L predstavlja jedan od simptoma dijabetesa. Glukoza je dominantni izvor energije u organizmu, a dobivanje energije iz nje se odvija u procesu glikolize. U organizmu je, također, moguća i sinteza glukoze iz aminookiselina procesom glukoneogeneze. Fruktoza (lat. fructus = plod, ljetina) je voćni šećer, a nalazi se i u mnogim vrstama povrća. Fruktoza (levuloza ili voćni šećer) najslađa je od svih monosaharida, iako slatkoća varira ovisno o formi. Lako se topi u vodi. U kristalnom obliku, ako se otopi u tekućini, slatkoća se smanjuje. U medu su, na primjer, podjednake količine fruktoze i glukoze.

CH2OH O HO

H

H

OH

H

OH CH2OH

D - Fruktoza

Fischer-ova i prostorna formula fruktoze

U spoju s drugim supstancama fruktoza se krije u velikom broju oligosaharida (saharozi, rafinozi, inulinu i drugima). Fruktoza je izomerni šećer glukoze i svrstava se u ketoheksoze. D-fruktoza ima samo tri hiralna atoma ugljika C-3, C-4 i C-5. Fruktoza je 75

najznačajnija ketoza. Osim u voću, povrću i medu, ima je i u visokofruktoznom šećeru 36. Mnogi proizvođači koriste visokofruktozni kukuruzni sirup kao zaslađivač, uključujući voćne sokove, poslastice, bombone, želee i džemove. Termin – visoko fruktozni obmanjuje: sadržaj glukoze u tim zaslađivačima je oko 50%. Fruktoza u ljudski organizam dospijeva putem hrane. Hidrolizom saharoze u organizmu nastaju glukoza i fruktoza. Fruktoza se kao i glukoza direktno apsorbuje u krv. Krv je odnosi u jetru gdje dolazi do izomerizacije fruktoze u glukozu, koja se kasnije u ćelijama koristi za stvaranje energije. Za razliku od glukoze koje uzrokuju nagle promjene u razini glukoze u krvi, što kod dijabetičara može uzrokovati ometanje metaboličke kontrole, fruktoza se apsorbira mnogo sporije i uzrokuje samo manje promjene u razini glukoze u krvi. Kako je fruktoza lijevo okrenuta ketoheksoza zovu je, osobito u farmakologiji, levuloza. Galaktoza je manje poznati šećer. Nalazi se u mliječnom šećeru (laktozi). Rijetko se pojavljuje kao monosaharid u hrani, obično je hemijski vezana sa glukozom u obliku disaharida laktoze. CH2OH O OH

OH OH

OH

Struktura galaktoze

Galaktoza sudjeluje u sintezi cerebrozida koji su sastavni dio tkiva središnjeg nervnog sistema. Podstiče rast bifidobakterija u probavnom sistemu. Polioli ili šećerni alkoholi se uvrštavaju u skupinu ugljikohidrata. Najčešće spominjani su glicerol, sorbitol, manitol, ksilitol i inozitol. Slabo se apsorbuju u organizmu pa ne podižu nivo glukoze u istom stepenu kao šećeri, tako da ih mogu koristiti dijabetičari. Ne izazivaju propadanje zuba. Prirodno se nalaze u nekim namirnicama, ali se proizvode i sintetskim putem.

36

Proizvod dobijen hidrolizom škroba iz kukuruza

76

Sorbitol i ksilitol

Sorbitol je zaslađivač koji se nalazi u mnogim prehrambenim proizvodima, često je prirodno prisutan u voću (šljiva). Slađi je od saharoze, a kalorijska vrijednost mu je manja. Sorbitol je veoma stabilan i hemijski neaktivan te podnosi visoke temperature pa je pogodan za kuhanje i pečenje. Manitol (mana-šećer, manit, D-manitol) je takođe šećerni alkohol niske molekularne mase i zanemarive energetske vrijednosti. Manitol je izomer sorbitola. Djeluje kao osmotski diuretik, manje prisutan u prehrani. Koristi se kao prah koji prekriva žvakaću gumu i na taj način sprječava apsorpciju vlage i ne dozvoljava da žvakaća guma postane ljepljiva. Ima efekat hlađenja, tj. daje osjećaj svježine u ustima. Glikozidi su derivati monosaharida. U prirodi nastaju putem kondenzacije hidroksilne anomerne skupine ugljika na monosaharidu. Glikozidi su porodica tvari s brojnim članovima koji imaju biološki aktivno djelovanje. Glikozidi su čest aktivni sastojak u farmakološkim i biljnim pripravcima, začinima te dijelovima životinjskih tkiva. Inozitol je aktivni kofaktor vitamina B-kompleksa koji sudjeluje u konverziji hrane, ima gradivnu ulogu, te učestvuje u transdukciji signala u vitaminu B-kompleksa. Inozitol je jako rasprostranjen u prirodi. Ima ga u pivskom kvascu, raznom voću i povrću (dinja, grejpfrut, suho grožđe, pšenične klice, neprečišćena melasa, kikiriki, kupus, mekinje, zeleni grašak). Od životinjskih proizvoda inozitolom su bogati srce, jetra i mozak (goveđi). Drugi životinjski proizvodi, kao što su, na primjer, piletina, teletina, riba, jaja, mlijeko, sadrže manju količinu inozitola (od 11 do 50 miligrama na 100 grama namirnice). Skupa s holinom, inozitol je aktivan u metabolizmu masti. Javlja se u staničnim membranama kao fosfatidilinozitol.

77

Inozitol

Uključen je u mobilizaciju kalcija. Pravilna funkcija neurotransmitera serotonina i acetilholina ovisi o fosfatidilinozitolu. Disaharidi Najvažniji disaharidi u ishrani čovjeka su saharoza, laktoza i maltoza. Nastaju međusobnim povezivanjem dviju jednakih ili različitih molekula monosaharida pomoću O-glikozidne veze uz gubitak jedne molekule vode. Saharoza (C12H22O11) nastaje međusobnim povezivanjem jedne molekule glukoze i jedne molekule fruktoze. Kiselom hidrolizom ili djelovanjem enzima disaharidaza, disaharidi se razlažu na monosaharide od kojih su nastali. Među najraširenije disaharide ubrajamo: saharozu, laktozu, maltozu i celobiozu. Saharoza (poznata kao šećer) je izgrađen od glukoze i fruktoze. Saharoze najviše ima u šećernoj repi (16-20 %) i u šećernoj trsci (14-26%), pa je zbog toga još dobila ime trščani ili repin šećer. To je bijela supstanca koja kristališe u vidu sitnih bezbojnih kristala, vrlo slatkog okusa. Ona se hidrolizom raspada na glukozu i fruktozu. Hidroliza se vrši u prisustvu katalizatora, kiseline ili enzima invertaze. Hidrolizom saharoze nastaje invertni šećer. Invertni šećer je ekvimolarna smijesa glukoze i fruktoze i javlja u obliku sirupa.

Hidroliza saharoze 78

glukoza + fruktoza

saharoza + voda

Saharoza je poznata kao stoni ili kuhinjski šećer. Proizvođači koriste proces rafinisanja da izoluju saharozu iz šećerne trske i šećerne repe. Potpuno rafinisanje otklanja nečistoće. Bijeli šećer i šećer u prahu su visoko rafinisani i sadrze 100% saharoze. Kada na etiketi namirnice piše da sadrži šećer, to znači da sadrži saharozu. Laktoza - mliječni šećer je disaharid izgrađen od glukoze i galaktoze. Nalazi se u mlijeku svih sisara. Dobija se kao sporedni proizvod kod proizvodnje sira. To je redukujući disaharid, koji kiselom ili enzimatskom hidrolizom daje glukozu i galaktozu. Empirijska formula je C12H22O11. Nije zastupljena u voću i povrću. Laktoza se u prirodnom obliku nalazi u mlijeku i mliječnim proizvodima. Ponekad se dodaje u jela kako bi se poboljšao okus ili kao aditiv. Mlijeku i mliječnim proizvodima daje neznatnu slatkoću. Majčino mlijeko sadrži veću koncentraciju laktoze u odnosu na kravlje mlijeko pa je zato slađe. Laktoza u mlijeku i mliječnim proizvodima, osim energijske vrijednosti, ima višestruku ulogu u ishrani. Laktoza podstiče peristaltiku crijeva te je lako probavljiva, a pogodna je i za dijabetičare. Olakšava apsorpciju kalcija u probavnom sistemu. Ona uspostavlja blago kiselu reakciju u crijevima pa ujedno sprječava rast i razmnožavanje štetnih bakterija. Laktoza je važna u sintezi nekih vitamina, osigurava optimalni nivo magnezija i poboljšava iskorištavanje mliječne masti u ljudskom organizmu. U svijetu postoji velik broj ljudi (arapi, crnci) koji su preosjetljivi na mliječni šečer (laktozu) pa ne mogu piti mlijeko ako prethodno nije prerađeno na način da je sadržaj laktoze bitno smanjen. Takve osobe međutim mogu konzumirati fermentirane mliječne proizvode jer je u njima laktoza djelomično razgrađena. Kod djece postoji i problem alergije na proteine mlijeka pa u takvim slučajevima treba koristiti razne supstitute kao što je sojino, sezamovo ili kokosovo mlijeko. Alergija na proteine mlijeka se kasnije gubi pa se preporučuje ponovno korištenje mlijeka i prerađevina.

79

Stupanj slatkoće različitih prirodnih hemijskih spojeva Tvar

Relativna slatkoća Šećeri

Ksiloza Glukoza Fruktoza Galaktoza Manoza Laktoza Maltoza Saharoza

0,7 0,5 – 0,8 1,2 – 1,5 0,6 0,4 0,2 0,5 1,0 Polioli

Manitol Laktitol Izomaltitol Ksilitol Sorbitol Maltitol Hidrogenirani kukuruzni sirup

0,6 0,3 0,4 – 0,6 1,0 0,5 0,8 0,3 – 0,75

Maltoza je produkt koji nastaje tokom proizvodnje slada. Sastoji se od dvije molekule glukoze. Sintetiše se međusobnim povezivanjem dvije molekule glukoze, gdje su monomeri glukoze povezani sa α(1→4) vezama. Maltoza se može proizvesti i iz skroba, naprimjer, krompirovog ili žitarica. Maltoza, C12H22O11 nastaje iz škroba dijelovanjem fermenta dijastaze. Hidrolizom maltoze u kiseloj sredini nastaje D-glukoza. Maltoza nastaje procesom fermentacije piva, pa se zato ponekad naziva i slad. Najpoznatiji sladovi od žitarica, kao što su pšenični slad, kukuruzni i ječmeni slad, sadrže velike količine maltoze. Rijetko je prirodni sastojak hrane, ali nastaje kada se raskinu veze između dugih molekula skroba. Probavni enzimi u ustima (ptijalin) i crijevima (pankreasna amilaza) razlažu skrob do maltoze. Kada se žvače komad svježeg hljeba u ustima, skrob se razloži do maltoze i tada se osjeti sladak okus. Škrob se takođe razlaže do maltoze i prilikom klijanja sjemena.

80

Glukoza

+

Galaktoza Laktoza

Glukoza

+

Glukoza Maltoza

Glukoza

+

Fruktoza Saharoza

Značajniji disaharidi u prehrani i njihovi konstituenti

Trehaloza je prisutna u gljivama i insektima. Nastaje međusobnim povezivanjem dvije molekule glukoze, gdje su monomeri glukoze povezani sa α(1→1)vezama. Celobioza disaharid, sastavljen je iz dvije glukoze, gdje su monomeri glukoze povezani sa β(1→4) vezama. Nastaje djelomičnim cijepanjem celuloze. Nema većeg praktičnog značenja za ljudski organizam, a nalazi se u pamuku i papiru.

Trehaloza i celobioza

Ključni pomovi Prosti ugljični hidrati ili jednostavno šećeri, nalaze se u namirnicama: slatkišima, kolačima, gaziranim sokovima, kristalnom šećeru. Postoji puno hemijskih modifikacija ovih molekula u prirodi. U prehrani su najzastupljeniji: glukoza, fruktoza, galaktoza. Od disaharida najčešće se u prehrani koriste saharoza i laktoza.

Oligosaharidi Oligosaharidi se sastoje od određenog broja (3 do 10) molekula glukoze. Oligo znači «malo». Oligosaharidi nastaju razgradnjom škroba. Oni su prelazna faza pri preradi škroba u glukozu, kao finalni proizvod. Sladovi, osim maltoze, sadrže i dekstrine. Od

81

praktične je važnosti rafinoza koja se nalazi u melasi37 šećerne repe kao i stahioza u sojinom mlijeku. Majčino mlijeko sadrži više od stotinu različitih oligosaharida, koji variraju u zavisnosti od trajanja trudnoće, dužine dojenja i genetske predispozicije. Ono što su dijetalna vlakna za odrasle, to su oligosaharidi za dojenčad, jer omogućavaju lakše formiranje stolice. Oligosaharidi takođe imaju zaštitnu ulogu, tj. štite dojenče od uzročnika nekih bolesti, tako što se vežu za njih i omogućuju izbacivanje iz organizma. Oligosaharidi iz majčinog mlijeka takođe obezbjeđuju sijalinsku kiselinu koja je esencijalna za razvoj mozga. Trisaharidi

i

tetrasaharidi

su

oligosaharidi

s

tri

odnosno

četiri

molekule

monosaharida. Od praktične je važnosti rafinoza koja se nalazi u melasi šećerne repe (međuproizvod pri proizvodnji šećera) kao i stahioza u sojinom mlijeku.

Hemijske strukture rafinoze i stahioze

Rafinoza je trisaharid koji je sastavljen od galaktoze, glukoze i fruktoze. Stahioza se sastoji od dvije molekule galaktoze, jedne molekule glukoze i jedne molekule fruktoze. Namirnice koje sadrže stahiozu, rafinozu, verbaskozu (gal-gal-gal-fru) u debelom crijevu podliježu bakterijskom razlaganju uz stvaranje plinova (vodik, metan). To su: šljive, grah, soja, rotkvica, luk. Za ove polisaharide u crijevima ne postoje adekvatni enzimi zbog čega stvaraju plinove. Kompleksni ugljični hidrati Kompleksni ili složeni ugljični hidrati se nalaze u žitaricama (pšenica, kukuruz, riža i dr) i povrću (krompir, soja, grah i grašak). Dugi ugljikovodonični lanci su poznati kao polisaharidi38 jer se sastoje od deset i više molekula monosaharida i nastaju njihovim 37 38

Međuproizvod pri proizvodnji šećera Grč. polys = mnogi

82

udruživanjem u visokomolekulski spoj, uz odvajanje vode. Sporije se razlažu tokom probave i obezbjeđuju organizmu konstantan dotok energije tokom više sati. Mogu sadržavati stotine i čak do hiljade monosaharidnih jedinica. Neki polisaharidi imaju prave lance dok su drugi razgranati. Ove strukturne razlike utiču na ponašanje polisaharida u vodi i prilikom zagrijavanja. Način na koji su monosaharidi povezani u polisaharide čini ih probavljivim kao što je skrob ili neprobavljivim kao što su vlakna. Polisaharidi se dijele na: homoglikane i heteroglikane. Među homoglikane ubrajamo: ▪ škrob, ▪ glikogen i ▪ celulozu. U heteroglikane: ▪ mukopolisaharide, ▪ gume i ▪ pektine. Od velikog praktičnog značenja su škrob i celuloza, ali i rezervni biljni polisaharid inulin. Svi spomenuti spojevi služe kao rezerve ugljikohidratne energije (škrob) ili izgrađuju čvrste stanične strukture, tvoreći »kostur« stanice (celuloza). Škrob Stvara se u zelenim dijelovima biljaka kao primarni proizvod fotosinteze. Najviše ga ima u krompiru i žitaricama. Najvažnija je ugljikohidratna hrana čovjeka. Velika se molekula škroba sastoji od glukoznih ostataka. Škrob se stvara se u sjemenu i krtolama u formi karakterističnih škrobnih granula. Prema porijeklu razlikuje se škrob pšenice, riže, krompira, kukuruza i drugih biljaka. U biljkama se deponuje u plodovima, korijenu i služi kao rezervna hrana. Namirnice bogate škrobom su: pšenica, riža, kukuruz, zob, proso i ječam. Leguminoze, grašak, grah, leća, krompir, yam (tropska biljka) i cassava su takođe bogate škrobom. Škrob daje hrani vlažnu i želatinoznu teksturu. Škrob može biti u probavljivoj i neprobavljivoj formi. Neprobavljive vrste škroba su prisutne u mnogom sjemenju i zrnju žitarica i drugih namirnica koje sadrže škrob. Neprobavljivi oblik škroba organizam uglavnom izluči stolicom neiskorišteno. To je najčešće škrob iz namirnica koje jedemo sirove. Tako je npr. škrob u bananama vrlo 83

otporan na probavu, pa je čak i brašno pripravljeno od banana i krompira jako otporno na probavu. Za prehranu i ostale svrhe škrob se dobija od kukuruza. Od škroba se dobijaju razni proizvodi kao što je glukoza, glukozni sirup, bombonski sirup, maltozni sirup, modifikovani škrobovi itd. Pri enzimskoj ili pri kiseloj razgradnji škroba stvaraju se međuproizvodi dekstrini. Hidrolizati škroba zovu se maltodekstrini i oni su široko rasprostranjeni u proizvodnji hrane. Proizvode se iz kukuruznog škroba, ali mogu se proizvesti od rižinog škroba i škroba tapioke. Koriste se kao nosači aroma, tvari za postizanje volumena i teksture, pomoćne tvari pri sušenju raspršivanjem, za tvorbu filmova, kontrolu zamrzavanja, sprječavanje kristalizacije i kao zamjene za masti ili tvari za postizanje željene nutritivne vrijednosti. Mjera za kvalitet je dekstrozni ekvivalent (DE) koji pokazuje stupanj hidrolize molekule škroba. Viši DE znači da je viši udio monosaharida od kratkolančanih polimera. Znači da dekstrozni ekvivalent (DE) izražava postotak reducirajućih šećera (računato kao D- glukoza na suhu tvar), Zrnca škroba sastoje se od dviju frakcija različite građe: amiloze (oko 10-20%) i amilopektina (80-90%). To znači da amilopektina ima u biljkama 3 do 4 puta više nego amiloze, mada ova proporcija može da varira. Amiloza je linearni polimer glukoze. Može biti izgrađen od nekoliko hiljada glukoznih jedinica.

Struktura amiloze

Amilopektin je visoko molekularni polimer s razgranatim lancima izgrađenih od jedinica D-glukoze. Glukozni monomeri su povezanih α(1→4) glikozidnim vezama u strukturu ravnog lanca, zatim α(1→6) glikozidnim vezama na mestima grananja i ponekom α(1→3) glikozidnom vezom, što amilopektinu daje veoma razgranat oblik. U biljkama nastaje u organelama zvanim amiloplasti. Ljudi i životinje koji jedu biljnu hranu imaju enzime za hidrolizu amilopektina.

84

Struktura amilopektina

Amiloza se nalazi u šrobnom zrncu, a amilopektin u njegovu površinskom sloju. U organizmu čovjeka, amilopektin se razlaže brže nego amiloza. Iako se škrob lako probavlja u organizmu čovjeka, male količine mogu izbjeći digestiju u tankom crijevu i to je, već pomenuti, neprobavljivi škrob. Neke leguminoze kao bijeli grah, sadrže velike količine neprobavljivog skroba. Prema vrsti ugljičnih hidrata koje sadrže, namirnice možemo podijeliti na 5 grupa u zavisnosti od toga kojom brzinom raste nivo šećera u krvi njihovim konzumiranjem. Glikogen Glikogen je rezervni ugljikohidrat ili forma skroba u ćelijama sisara. Glavna mjesta skladištenja glikogena u organizmu su jetra i skeletni mišići, ali je prisutan i u drugim tkivima. Glikogen odložen u jetri služi za održanje koncentracije glukoze u krvi. Glikogen čini oko 10% mase jetre i 2% mase mišića. Glavni je izvor glukoze u krvi u periodima između obroka. Molekule glukoze koje su pohranjene u obliku glikogena, fosforolizom

se oslobađaju

iz

glikogena

kada

u stanicama

nestane energije.

Pohranjivanje zaliha glukoze u obliku glikogena obavlja enzim glikogen-sintaza39. Razgradnja glikogena unutar ćelije40 odvija se djelovanjem enzima glikogen fosforilaze.

39 40

Glikogenogeneza – sinteza glikogena Glikogenoliza – razgradnja glikogena do glukoze

85

Struktura glikogena (nereducirajući krajevi - krajevi sa slobodnom 4-OH skupinom R = reducirajući kraj)

Glikogen je veoma važan rezervoar energije u organizmu jer mišići ne mogu mobilizirati masne rezerve tako brzo kao glikogenske, a masne kiseline se ne mogu metabolizirati anaerobno i ne mogu poslužiti za sintezu glukoze. Već je rečeno da organizam pohranjuje glikogen na dva mjesta - u jetri i mišićima. Tek se oko 5 grama ili 20 kcal glukoze nalazi u krvnom optoku. U jetri je pohranjeno oko 75 - 100 grama ili 300 - 400 kcal glikogena. Jedan sat aerobnog vježbanja potroši otprilike polovicu sadržaja glikogena u jetri. U mišićima je pohranjeno oko 360 grama ili 1440 kcal. Ukoliko u ishrani nema dovoljno ugljikohidrata, prazne se rezerve jetrenog i mišićnog glikogena kod aktivnih osoba. Kompleksni ugljikohidrati u ishrani se smatraju najboljim izvorom za obnovu zaliha glikogena, i u načelu imaju prednost pred jednostavnim šećerima. Ipak, jednostavni šećeri su efikasniji u obnavljanju zaliha glikogena budući da imaju veću brzinu apsorpcije i bolji inzulinski odgovor, što je naročito važno nakon vježbanja. Glikogen koji je pohranjen u nekome mišiću, kao energetski izvor je na raspolaganju sključivo tome mišiću. Mišići mogu apsorbirati glukozu bez pomoći inzulina, što čini vježbanje kao dobrim načinom prevencije dijabetesa.

GLUKONEO GENEZA GLICEROL 2,5%

GLUKONEO GENEZA AMINO KISELINE 6,25%

GLIKOGE NOLIZA 75%

GLUKOZA

GLUKONEOGE NEZA PIRUVAT 1,25%

GLUKONEOGE NEZA LAKTAT 15%

Procentni odnos učešća određenih procesa pri stvaranju glukoze

86

Ključni pojmovi vezano za škrob Škrob je prirodni polimer glukoze. Zrnca škroba sastoje se od dviju frakcija različite građe: amiloze i amilopektina. Namirnice bogate škrobom su: pšenica, riža, kukuruz, zob, proso, ječam, grašak, grah, leće, krompir, yam, cassava i druge. Glikogen je takođe rezervni ugljikohidrat ili forma skroba u ćelijama sisara. Ima važnu ulogu kao rezerva glukoze u organizmu. Glukoza se tokom metabolizma u organizmu obezbjeđuje na dva načina: glikogenolizom–razgradnjom glikogena i glukoneogenezom – sintezom glukoze de novo iz aminokiselina, glicerola, laktata i piruvata.

Sirova biljna vlakna Biljnim vlaknima bogate su žitarice a naročito integralni proizvodi od pšenice kukuruza, ječma, raži itd. Vrlo bogate sirovim netopivim biljnim vlaknima su mekinje. Biljna vlakna se u raznim omjerima i različitim vrstama kriju u svim namirnicama koje rastu nad zemljom, pod zemljom i u zemlji. Sirovim vlaknima bogato je svježe i osušeno voće i povrće. Namirnice bogate biljnim vlaknima ne daju mnogo kalorija. Biljna vlakna možemo podijeliti na dvije velike skupine, u vodi topiva i u vodi netopiva vlakna. U vodi su topivi pektini, gume, sluzi kao i amilopektin iz škroba. U vodi netopivi su celuloza, hemiceluloza, inulin i drugi. Celuloza Celuloza je kvantitativno najzastupljeniji ugljikohidrat u prirodi. Nalazi se isključivo u biljkama gdje čini građu celularnog »kostura«. Glavni je sastojak staničnih membrana biljki, a nalazi se i u kori i sjemenkama. Ljudski organizam ne sadrži enzim celulazu koji razgrađuje celulozu, te stoga ne može iskoristiti celulozu kao energetski izvor. Svi biljožderi imaju celulazu, pa je za njih celuloza važan izvor ugljikohidratne hrane. Bakterije prisutne u debelom crijevu čovjeka imaju značajnu ulogu u konačnoj razgradnji neprobavljenih ostataka hrane, ali tek neznatnu ulogu u razgradnji celuloze. Celuloza je vrlo stabilan ugljikohidrat, netopiv u vodi. Ipak, apsorbuje vodu, tvori glavnu masu neprobavljene hrane, pospješuje pražnjenje crijeva. Povoljno djeluje i na dijabetične bolesnike, omogućavajući posredno bolju utilizaciju ugljikohidrata. Neke važnije osobine celuloze i hemiceluloze su: ▪ primarno čine strukturu i održavaju konfiguraciju biljnih listova i zelenih dijelova biljke, ▪ nerastvorljivi su u toploj i hladnoj vodi, ▪ nisu probavljivi u ljudskom organizmu i ne daju energetski prinos u njemu i 87

▪ to su tzv. biljna vlakna i imaju funkciju u stvaranju balasta u organizmu. Celuloza se sastoji od jedinica glukoze međusobno povezanih β-glikozidnim vezama. Jedna molekula celuloze može imati čak do 10 000 jedinica glukoze. Molekula β-glukoze građena je slično molekuli α-glukoze, a razlikuje se od molekule α-glukoze samo po tome, što je OH-skupina na prvom C-atomu (anomernom) kod α-glukoze iznad, a kod βglukoze ispod ravnine prstena. Vezivanjem dviju molekula β-glukoze dobiva se celobioza, koja s obzirom na svoj disaharidski karakter odgovara maltozi (disaharidu škroba). Daljnjim povezivanjem ostataka β-glukoze nastaje nitasta makromolekula celuloze. Iako se škrob i celuloza sastoje od istih monomernih jedinica, kod njihove razgradnje učestvuju različiti enzimi. Kao intermedijer u razgradnji škroba nastaje maltoza koja se sporije razgrađuje od drugih disaharida kao što su saharoza, i laktoza. Tako se celuloza razgrađuje na celobiozu pomoću enzima celulaze, a celobioza se dalje pomoću enzima celobiaze cijepa na dvije molekule β-glukoze. Celuloza ima izgled finih tankih niti. Hemijski je vrlo slabo reaktivna, što je posljedica njezinih fizikalnih svojstava. Celuloze najviše ima u mekinjama pšeničnog brašna, u punozrnatim žitaricama, u kori voća i povrća.

Djelimična struktura celuloze i prikaz strukture celuloznih vlakana

Hemiceluloza je polimer glukoze i drugih heksoza, pentoza i uronskih kiselina koje se nalaze u stijenkama gotovo svake biljne stanice. Lanac joj je mnogo kraći od već pomenutih polisaharida pa obično nema više od 20 do najviše 2000 jedinica. Inulin nastaje polimerizacijom fruktoze, a nalazimo ga samo u biljkama kao što su cikorija, gomolji mnogih biljaka, od kojih su mnoge ljekovite. Sadrži oko 30 fruktoznih ostataka. Ljudski ga organizam ne može upotrijebiti kao hranu jer nema za to potrebnih enzima, pa ga nepromijenjena izlučuje putem bubrega. 88

Inulin

Pektini su heterosaharidi koji se nalaze u ćelijskom zidu biljka. Samo ime pektin potječe od grčke riječi «pektos» što u prevodu znači želiran, ukrućen. Pektinske materije predstavljaju visokomolekularna jedinjenja ugljohidratne prirode, vrlo složene strukture. Pektinske supstance nalaze se samo u biljkama i skoro u svim njihovim dijelovima: stablo, krtola, korijen, plod, jagodasti plodovi gdje imaju važnu biohemijsku i fiziološku funkciju. Pektini se sintetiziraju u biljnoj stanici u golgijevom aparatu. Važan su dio staničnog zida, a razlažu se u prvom stupnju do pektininske i na kraju do pektinske kiseline. Za vrijeme razlaganja voće počinje bivati mekše, a ćelijski zid se deformiše. Pektin je hetrosaharidni polimer koji se sastoji od galakturonske kiseline kao osnovnog monomera. Glavni lanac polimera može biti kombiniran i sa ramnoznim grupama. Karboksilne grupe galakturonske kiseline mogu biti esterificirane ili amidirane. Općenito pektin kao polimer galakturonske kiseline može sadržavati tri glavna polisaharidna tipa: ▪ poligalakturonan, koji je polimeriziran od ponovljenih D-galakturonskih kiselina kao monosaharidne podjedinice ▪ ramnogalakturonan I koji je alternativno sastavljen od L-ramnoze i D- galakturonske kiseline kao podmonomernih jedinica ▪ ramnogalakturonan II koji je compleks visoko razgranatih polisahrida Skeletnu osnovu pektinskih materija predstavlja poligalakturonska kiselina. Ona je polimer ostataka D-galakturonske kiseline, međusobno povezanih α-galaktozidnom vezom.

89

Isječak glavnog lanca poligalakturonske kiseline povezane α-1,4-glikozidnim vezama

Pektini imaju izvanredno široku primjenu u prehrambenoj industriji, farmaciji, medicini, proizvodnji emulgatora i drugim granama. Pektinski koloidni rastvori imaju sposobnost obrazovanja čvrstih gelova (žele) u prisustvu nekog dahidratacionog agensa. Obrazovanje pektinskih gelova odvija se najbolje pri pH intervalu od 3.1 do 3.5, a kao dehidratacioni agens koristi se šećer. Žele se obrazuje pri koncentraciji šećera od 65-70 % saharoze ili heksoze, čija koncentracija odgovara približno zasićenom rastvoru saharoze. pH-interval je vrlo važan za obrazovanje dobrog želea. Tako pri sniženom pH dolazi do pojave sinereze gela, a u alkalnoj sredini obrazuju se slabi gelovi. Količina pektina koja učestvuje u obrazovanju gela kreće se od 0.2 do 1.5 %. Kvalitet želea zavisi od kvaliteta pektinskog preparata, njegovog porijekla i načina ekstrakcije. Molekulska težina pektina zavisi od njihovog porijekla i načina ekstrakcije i dosta je različita. Tako pektini iz šećerne repe imaju molekulsku težinu od 20.000 do 25.000; iz jabuka od 90.000 do 300.000, a iz citrusa 150.000 do 400.000. Gume su ugljikohidratni spojevi koji imaju osnovnu funkciju održanja konzistencije biljnog tkiva. To su u vodi topivi viskozni, gusti polisaharidi. Sadrže 10.000 do čak 30.000 jedinica glukoze, galaktoze, manoze, arabinoze, ramnoze i njihove uronske kiseline. Industrija hrane ekstrahira ih iz prirodnih izvora. Takva je na primjer, arapska guma koju stvara stablo akacije Robinia pseudoacaci. Takođe su poznate tragakant guma iz nekih vrsta stabala, zatim guar guma koja se dobiva iz indijske mahunarke (Cyamopsis tetragonolobus) i guma iz dalmatinskoga rogača. Iz njih se prave emulzije, stabiliziraju razne namirnice i zgušnjavaju sirovine pri industrijskoj obradi raznih vrsta hrane. Razlikujemo gume koje se stvaraju na stablima i gume koje se mogu ekstrahirati iz brašna. Od guma koje se dobivaju iz zdrobljenih zrnaca poznatija je guma guar. Prah koji se dobija iz guar gume karakteriše kristalna koloidna struktura koja se danas upotrebljava u prehrambenoj industriji kao hidrokoloid. 90

a)

b)

Guar a) hemijska struktura b) Cyamopsis tetragonolobus od koje se dobija

Prehrambena industrija koristi biljne slijedeće gume: arapsku gumu, guar gumu, xantham gumu. Sluzi su također polimeri ugljikohidrata. Prirodni im je izvor sjemenje i korijenje u kojima služi biljkama kao sredstvo koje sprječava isušivanje. Sluzi su u najvećoj količini koncentrisane u biljkama kao kisele sluzi i neutralne sluzi. Lokalizovane su u raznim dijelovima biljaka u obliku membranske sluzi (nagomilane na ćelijskim zidovima), sekundarnih zadebljanja ili ćelijske sluzi (bezoblične mase u ćeliji). U prirodi ih najviše ima u algama i morskoj travi. Sluzi su prirodni, biljni heteropolisaharidi i predstavljaju rezerve ugljičnih hidrata i vode u biljci. Izgrađeni su od linearnih ili račvastih lanaca pentoza, heksoza i uronskih kiselina, njihovih soli i estara. Prehrambena industrija koristi ih kao stabilizatore i uguščivaće u raznim jelima i to za zgušnjavanje, stabiliziranje i poboljšavanje teksture hrane kao što su pudinzi, filovi, slatkiši, sosevi i sokovi.Vrsta sluzi psyllium je glavna komponenta laksativa Metamucil i dodaje se nekim žitaricama koje se uglavnom jedu za doručak. Sluzi sa linearnim nizovima grade vodene rastvore velike viskoznosti i male stabilnosti. Pri promjeni temperature dolazi do kidanja vodikovih veza i do taloženja. Sluzi sa račvastim lancima polisaharida sa vodom formiraju gelove, stabilne sisteme. Lignini, beta glukani, hitin i hitosan. Lignini su neprobavljive supstance koje čine drvenaste dijelove povrća kao što su mrkve, brokule i sjeme voća kao što su jagode. Ne spadaju u ugljične hidrate. Beta glukani su polisaharidi razgranatih glukozih jednica. Ova vlakna se nalaze u velikim količinama u prosu i ječmu. Vlakna beta glukana su naročito efikasna u snižavanju nivoa holesterola u krvi. Hitin i hitosan su polisaharidi koji se 91

nalaze u egzoskeletu rakova i u ćelijskom zidu većine gljiva. Hitin i hitosan se prvenstveno konzumiraju kao dodatak ishrani. Smatra se da su korisni za kontrolu težine. Saplementi hitosana mogu oslabiti apsorpciju vitamina topivih u masti i nekih minerala.

Ključni pojmovi - sirova vlakna U pogledu hemijske strukture sirova vlakna su kompleksni ugljični hidrati, topivi ili netopivi u vodi. Mogu biti homosaharidi ili heterosaharidi. Homosaharidi su škrob, inulin, celuloza. Heterosaharidi su hemiceluloza, pektini, gume i sluzi. Sirova ili dijetalna vlakna potiču i održavaju pravilnu probavu pa su nezamjenjiva u prehrani suvremenog čovjeka. Pozitivno djeluju na probavu: upijaju vodu, bubre u crijevima i time povećavaju volumen stolice, pojačavaju peristaltiku crijeva, ubrzavaju njihovo pražnjenje i tako sprječavaju opstipaciju. Prekomjeran unos sirovih vlakana umanjuje apsorpciju određenih nutrijenata tokom probave.

92

HIDROKOLOIDI I PEKTINSKE SUPSTANCE U VOĆU I POVRĆU Prerada voća i povrća zahtijeva dobijanje proizvoda željene teksture, ukusa i ukupnih organoleptičkih svojstava.Za postizanje tih zahtjeva često se koriste tvari kojima se postiže odredjen stupanj želiranja.To su prije svega, aditivi tipa hidrokoloida, medju kojima je najčešće korišteni pektin.Hidrokoloidi su uglavnom prirodnog porijekla i dobijaju se iz biljaka, životinja, mikroorganizama i algi. Pektini se prirodno nalaze u voću i nekim vrstama povrća.Odredjene vrste voća su izrazito bogate pektinima: jabuka, narandža, dunja i sl. Širok dijapazon proizvoda moguce je proizvesti na bazi pektinskog gela ili drugih sredstva za želiranje, a najčšće su to: marmelade, džemovi, voćni želei i brojni konditorski proizvodi.Uvjeti pod kojima nastaje gel su različiti i ovise o temperaturi,pH vrijednosti, sadržaju iona, sadržaju i sastavu otopljene suhe tvari, vrsti i tipu sredstva za želiranje.

HIDROKOLOIDI Hidrokoloidi pojam i značaj Hidrokoloidi nalaze danas široku primjenu u različitim granama prehrambene industrije kao sredstva koja poboljšavaju reološka svojstva hrane posebno viskoznih, visko-elastičnih i elastičnih namirnica. Hidrokoloidisu velika skupina prirodnih biljnih sirovina koje imaju sposobnost da u vodi stvaraju gel-formu, tj. rapidno bubre vezanjem vode i povećavaju viskozitet tekućina (biljni sokovi, ekstrakti biljnog sjemena, ekstrakti algi i ekstrakti nekih mikroorganizama). Polisaharidne gume su skupina prirodnih ili polusintetskih ugljikohidrata dugih lanaca koji imaju iznimno svojstvo da s vodom tvore posebnu koloidnu disperziju, zbog čega tekućina postaje viskozna, homogena i lako tečljiva Osim toga, neke gume tvore gelstanje (galertu), koje se traži u mnogim proizvodima. Zbog toga se često nazivaju i fitokoloidi ili jednostavno gume Dobivaju se postupkom ekstrakcije iz algi, cijedenjem eksudata iz stabljike ili enzimatskom fermentacijom sjemena odredenih biljnih vrsta ili čak iz korijena pojedinih biljaka. U prehrambenoj tehnologiji našli su mjesto kao cijenjeni aditivi (stabilizatori, ugušćivači, emulgatori ponajprije stoga što sprečavaju taloženje; a osobito u proizvodima kao što je kakao napitak, sojino mlijeko, juhe, sladoled, smrznuti deserti itd. U polisaharidne gume spadaju karaginan, guar guma tragakant, guma karaja, algin, metil-celuloza, pektin i brojni drugi Većina ih imaju 93

status GRAS njihova čistoća regulirana je Direktivom EEZ-a 663/1978 a koriste se prema dobroj proizvodnoj praksi. Koloidne čestice mogu biti plinovite, tekuće ili čvrste. Dijelimo ih na: ▪ sole - disperzije čvrstih čestica u tekućini ▪ emulzije - disperzije tekućine u tekućini ▪ gelove - koagulirani oblik koloidnih sustava ▪ aerosole - disperzije čvrstih ili tekućih čestice u plinu ▪ pjene - disperzije plinova u tekućinama ili čvrstim tvarima U prirodi ima veoma mnogo koloida, a mnoge tvari već po veličini svojih molekula pripadaju koloidima, kao što su škrob ili bjelančevine. Koloidi se mogu pripremiti disperzijom većih čestica ili kondenzacijom molekularnih otopina. Hidrokoloidi nastaju u vodenim otopinama, prisutni su u voću i povrću ili se mogu koristiti kao aditivi za poboljšanje i regulaciju teksture proizvoda od voća i povrća. Svojstva i primjena hidrokoloida Hidrokoloidi imaju široku primjenu u prehrambenoj industriji. Po svom porijeklu mogu biti prirodni i umjetni. Prirodni mogu biti biljnog ili životinjskog porijekla. Hidrokoloidi ili gume su dugolančani polimeri koji se pri proizvodnji prehrambenih proizvoda upotrebljavaju u malim količinama (od 0.05 do 5%) ne mijenjajući, osim reoloških, prehrambenu vrijednost senzorska svojstva prehrambenih proizvoda. Hidrokoloidi koji se danas koriste u prehrambenoj industriji su različitog porijekla ▪ biljnog (iz viših biljaka) pektin, guar, brašno sjemenke rogača, i dr. ▪ iz mikroorganizama: ksantan, gellan ▪ iz morskih algi: aliginati, agar, karagenan ▪ iz kemijski modificiranih biljnih materijala derivati: celuloze, modificirani škrob ▪ biljne izlučine (eksudati): gumiarabika, gumighati, gumi-karaya, gumi. tragakanti ▪ animalnog porijekla: želatina. Da bi se pravilno odabrao hidrokoloid, ovisno o učinku koji se želi postići u pojedinim prehrambenim proizvodima, treba je voditi računa o: 1. Topljivosti ili disperzibilnosti hidrokoloida i utjecaju pH i temperature, 2. Sposobnosti tvorbe gela i utjecaju temperature, pH i koncentracije

94

3. Elektrokemijskom ponašanju i njegovom emulzionom djelovanju i stabilnosti proizvoda, 4. Spojivosti s drugim sastojcima u prehrambenom proizvodu, 5. Stabilnosti prema pH, temperaturi i mehaničkom naprezanju, 6. Slaganju s drugim hidrokoloidima 7. Djelovanje na boju, miris i okus proizvoda 8. Otpornost prema djelovanju mikroorganizama 9. Važećim propisima normama za odgovarajuće proizvode i 10. Cijeni. Vodeći računa o navedenim činjenicama, dodatkom hidrokoloida mogu se dobiti prehrambeni proizvodi znatno boljih reoloških (teksturalnih), organoleptičkih i drugih svojstava. Sa jednom vrstom hidrokoloidnih supsanci susretali smo se prilikom izučavanja kemije ugljikohidrata u voću i povrću, te konstatirali da se škrob sastoji od amiloze i amilopektina. Sam naziv amilopektin ukazuje na svojstva te supstance. Od davnina je bila poznata tehnologoja korištenja amilopektina u proizvodnji slastica u domaćinstvu. Uglavnom se dobivao iz žitarica. U BiH takva supstanca se tradicionalno proizvodi od pšenice u domaćinstvu i koristi u pripravljanju domaćih slastica poznatih pod nazivima sutlija i pelte. Iako ne poznavajući kemiju tradicionalno se amilopektin dobijao jednostavnim operacijama potapanja mljevenih dijelova pšenice u vodi pri čemu se izdvajala topiva frakcija amiloza a netopiva amilopektin se kasnije sušio, mljeo i od njega dobivala tzv. nišesta od koje se proizvode domaće poslastice. Sukladno tome može se primijetiti da amilopektin ima razgranatu strukturu a amiloza jednostavniji polimerni lanac. Molekulska težina amllopektina može varirati vrlo mnogo u jednom uzorku škroba, a naročito izraženo između raznih biljnih izvora. Ona se obično kreće u intervalu od 5 x 104 do 106. U zavisnosti od intenzivnosti grananja molekula i veličina molekulske mase varira i intenzitet bojene reakcije sa jodom.

95

PEKTINI Pektin - pojam i značaj Pektini su heterosaharidi koji se nalaze u ćelijskom zidu biljka. Samo ime pektin potječe od grčke riječi «pektos» što u prevodu znači želiran, ukrućen. Komercijalni pektin je bijeli amorfini prah Pektinske materije predstavljaju visokomolekularna jedinjenja ugljohidratne prirode, vrlo složene strukture.. Moguća je klasifikacija pektinskih materija na: ▪ protopektin ▪ pektininska kiselina ▪ pektinska kiselina (C17H24O16) je transparentna i želatinozna kiselina koja se nalazi u zrelom voću I nekim formamma povrća ▪ pektin. Pektini se medjusobno razlikuju u dužini polimernog lanaca, kompleksnosti, kao i strukturi monosaharidne jedinice. U kiselim uvjetima, pektini formiraju gel. Zbog te pojave koristi kao jestivi agens za želiranje u procesingu hrane. Ovaj efekt se koristi u proizvodnji džemova, želea i sličnih proizvoda. Porijeklo i nastanak Pektinske supstance nalaze se samo u biljkama i skoro u svim njihovim dijelovima: stablo, krtola, korijen, plod, jagodasti plodovi gdje imaju važnu biokemijsku i fiziološku funkciju. Pektini se sintetiziraju u biljnoj stanici - Golgijevom aparatu i formiraju mrežu u kojoj se smjestavju hemicelulozni polisaharidi biljne stanice. Pektini su važan dio staničnog zida, a razlažu se u prvom stupnju do pektininske i na kraju do pektinske kiseline. Za vrijeme razlaganja voće počinje bivati mekše, a ćelijski zid se deformiše. Pektinske materije prisutne su u lišću, sjemenu i korijenovom sistemu biljaka. Također,

spoljni

sloj

korijenovih

dlačica

sastoji

uglavnom

iz

pektina,

odnosno Ca- ili Mg-pektinata i pektata, dok je unutrašnja membrana celulozne i hemicelulozne prirode. Smatra se da je adsorptivni kapacitet korijenovih dlačica prema neorganskim jonima u direktnoj zavisnosti od sadržaja Ca-pektata. Koloidni karakter pektinskih materija je od esencijelnog značaja za uspostavljanje odnosa između korijenovog sistema, odnosno korijenovih dlačica i zemljišnog rastvora u njihovoj neposrednoj blizini. Pektinske supstance mogu se ponašati kao tipični izmjenjivači iona i

96

kao takve su od posebnog značaja za transport i izmejnu iona između stanica. Pored toga su često polisaharidi poput galaktana, arabana i škroba pratioci izoliranog pektina. U stanicama biljaka su molekule pektina tako čvrsto povezane sa molekulama staničnog zida biljke da se pektini iz biljke ne mogu ekstrahirati sa vodom. Ovaj u vodi nerastvorljivi oblik pektina se naziva protopektin. Pošto on daje čvrstoću plodovima naziva se još i biljnim cementom, a nalazi se u nezrelim plodovima biljaka. Pektinske supstance ulaze u sastav srednje lamele (midle lamela) koja povezuje (sljepljuje) zidove. Prisutne su i u primarnim zidovima stanica. Tu se nalaze u obliku Cai Mg-soli protopektina, koje su prisutne naročito u nezrelim dijelovima biljaka koji se intenzivno razvijaju. U toku razvoja međupektinske supstance inkorporijaju se drugi polisaharidi što je karakteristično za sekundarne zidove. Na kraju dolazi i do obrazovanja lignina, što sve zajedno predstavlja poseban kemijski kompleks. U toku razvoja plodova protopektin se akumulira u znatnim količinama. Tako je pokožica mesnatih plodova voća najbogatija u pektinskim materijama. Njihov izraziti sadržaj je u albedu plodova citrusa (limun, naranča, greip-frut). Pektinskim supstancama bogat je korijen šećerne repe a u visokom stupnju ga sadrže biljna vlakna konoplja, lana. U slijedećoj tabeli dat je pregled sadržaja pektinskih supstanci u raznim izvorima: Sadržaj pektlna u nekim biljkama Sadržaj pektina % svježa supstanca suha supstanca Jabuka (pulpa)

0. 4 -

2 .6

5 - 18

Limun (pulpa)

2. 5 - 4 .1

25 - 36

Naranča

2. 8 - 5 .2

27 - 39

Šećerna repa (pulpa)

0. 8 - 1 .2

22 - 30

Crna ribizla

1. 4 - 2 .2

18 - 24

0. 4 - 1 .3

6 - 18

0. 4 - 1 .4

5 - 14

Š M

l j i v

a

r k v a

97

Kemijska kompozicija Pektin je polimer koji se sastoji od galakturonske kiseline kao monomera. Glavni lanac polimera

može

biti

kombiniran

i

sa

ramnoznim

grupama.

Kraboksilne

grupe

galakturonske kiseline mogu biti esterificirane ili amidirane. Općenito pektin kao polimer galakturonske kiseline može sadržavati tri glavna polisahridna tipa: ▪ Poligalakturonan, koji je polimeriziran od ponovljenih D-galakturoniskih kiselina monosaharidne podjedinice ▪ Ramnogalakturonan I koji je alternativno sastavljen od L-ramnoze i D- galakturonske kiseline kao podmonomernih jedinica ▪ Ramnogalakturonan II koji je complex, visoko razgranatih polisahrida

Galakturonska kiselina

Skeletnu osnovu pektinskih materija predstavlja poligalakturonska kiselina. Ona je polimer ostataka D-galakturonske kiseline, međusobno povezanih 1,4-L-galaktozidnom vezom. Poligalakturonska kiselina je najprostije jedinjenje ove grupe materija i ima slijedeću strukturu:

Isječak glavnog lanca poligalakturonske kiseline povezane α-1,4-glikozidnim vezama 98

Molekularni kostur biljnih pektina je kompleksne građe. On je izgrađen od molekula dgalakturonske kiseline, koje su α-1,4-glikozidnim vezama međusobno spojene u poligalakturonsku kiselinu. Karboksilne skupine su djelimično esterificirane metilnim alkoholom, a sekundarne alkoholne skupine mogu biti acetilirane. Osnovni lanac se preko dodatnih (bočnih) veza povezuje sa drugim lancima na razne načine To je inače normalno kod polisaharida sa dugim i razgranatim lancima i molekulskim asocijacijama. Ove veze mogu biti po svome tipu: etarske, estarske, anhidridne, hidrogenske, itd.. Tako se obrazuju makrornolekule koje imaju tipična koloidna svojstva. Osim prisustva 1,4- galaktozidne veze evidentirano je i prisustvo drugih veza (l,3; 1,5). α-1,2-L-ramnozil-α-1,4-D-galakturonske sekcije sadrže tačke grananja sa pobočnim lancima koji su veličine od 1-20 ostataka, a izgrađeni su uglavnom od neutralnih šećera poput L-arabinoze i D-galaktoze. Zbog prisustva tih neutralnih šećera i zbog prekidanja glavnog lanca ramnozom, pridaje se pektinu karakter heteropolisaharida.

Prikaz α-1,2-L-ramnozil-α-1,4-D-galakturonske sekcije

Pektinske supstance ulaze u sastav srednje lamele (midle lamela) koja povezuje (sljepljuje) zidove. Prisutne su i u primarnim zidovima stanica. Tu se nalaze u obliku Cai Mg-soli protopektina, koje su prisutne naročito u nezrelim dijelovima biljaka koji se intenzivno razvijaju. U toku razvoja međupektinske supstance inkorporijaju se drugi polisaharidi što je karakteristično za sekundarne zidove. Na kraju dolazi i do obrazovanja lignina, što sve zajedno predstavlja poseban kemijski kompleks. U toku razvoja plodova protopektin se akumulira u znatnim količinama. Tako je pokožica mesnatih plodova voća najbogatija u pektinskim materijama. Njihov izraziti sadržaj je u albedu plodova citrusa (limun, naranča, greip-frut). Pektinskim supstancama bogat je korijen šećerne repe a u visokom stupnju ga sadrže biljna vlakna konoplja, lana. U slijedećoj tabeli dat je pregled sadržaja pektinskih supstanci u raznim izvorima: 99

Protopektin To je osnovna supstanca pektinskog komplaksa u biljkama. Sazrijevanje plodova karakterizira se prelaženjem netopivog protopektina u topivi pektin. Ova pojava je izražena kod jabuka u fazi sazrijevanja plodova i praćena je njihovim omekšavanjem.

Protopektin je netopiv u vodi. Blagom hidrolizom (kiselom ili baznom, ili pak enzimskom) daje pektininsku kiselinu. Protopektin služi kao početna supstanca za dobivanje pektininske i pektinske kiseline, te pektina Za ekstrakciju se koristi: albedo citrusa, pulpa jabuka i drugog voća (crna ribizla) i drugi izvori. Vrlo je teško odvojiti protopektin od drugih pratećih supstanci, uglavnom polisaharida koji su netopivi u vodi. U protopektinskom kompleksu prisutno je više oblika kemijskog vezivanja između poligalakturonskog lanca (skelet makromoloknla), acetil ostataka, fosforne kiseline, celuloznog lanca, arabansklh i galaktanskih makromolekula. Smatra se da je čvrsta veza između lanca pektininske kiseline i celuloze glavni razlog njegove nerastvorljivosti u vodi. Treba podvući da interni kemijski i kvalitativni sastav protopektina zavisi od vrste biljke, njenog organa i njegove starosti. Enzim protopektinaza hidrolizira protopektin. Optimum njenog djelovanja je kod pH 3.5-4.0. Kao rezultat ovog procesa nastaje rastvorljivi pektin. Pektininska kiselina Pektininska kiselina predstavlja makromolekule poligakturonske kiseline, potpuno ili dijelom esterificirane CH3 grupom. Rastvorljive su u vodi, gdje daju voluminozne rastvore. U prisustvu određene količine šećera njeni vodeni rastvori obrazuju gel sisteme (pektinski žele). Sa kationima metala pektininska kiselina obrazuje soli. Sa vodom daje tipično koloidne sisteme. Ferment pektin-metilesteraza (pektinaza) katalizira hidrolizu pektininske kiseline uz izdvajanje CH3-grupa (deesterifikacija pektininske kiseline). Sadržaj metilnih grupa u makromolekulu pektininske kiseline varira u širokom intervalu i zavisi od broja esterificiranih COOH-grupa u molekuli. Pri potpunoj esterifikaciji sadržaj 100

metilnih grupa iznosi 16.3%. U prirodnim uvjetima on je znatno niži i zavisi od uvjeta ekstrakcije. Postotak metoksila u molekuli pektininske kiseline iz jabuke, citrusa i ogrozda kreće se, u zavisnosti od uvjeta ekstrakcije, od 5.8 do 11.6%. Makromolekule pektininske kiseline mogu biti međusobno povezane preko Ca2+ i Mg2+, koji interakcijom sa COO+ - grupama obrazuju mostove, ostvarujući tako specifičnu "mrežastu" strukturu pektinskih micela. Enzim

pektin-poligalakturonaza

(pektinaza,

pektolaza)

katalizira

hidrolitičko

razlaganje 1,4-galaktozidnih veza u makromolukulama pektininske i pektinske kiseline, bez ikakvog utjecaja na sadržaj metoksila, tako da se obrazuju poligalakturonske kiseline kraćeg lanca (parcijalna hidroliza) a dijelom se izdvaja slobodna galakturonska kiselina. Pektininska kiselina nastaje hidrolizom protopektina (0.05 N rastvorom tople HCl, a precipitira se etanolom). Može se dobiti i alkalnom hidrolizom sirovog materijala pri čemu se dobivaju preparati visoke molekulske težine. Prečišćavanje preparata postiže se etanolom i eterom. Pektinska kiselina To je ustvari poligalakturonska kiselina koja je potpuno slobodna od metoksilnih grupa. Rastvorljiva je u vodi, pri čemu nastaju koloidni rastvori, a sa metalima gradi odgovarajuće soli. Veličina makromolekula varira u zavisnosti od biljnog porijekla. Pektinsku

kiselinu

hidrolizira

pektin-depolimeraza,

pri čemu

nastaje

smjesa

poligalakturonskih kiselina niže molekulske težine, bez prisustva slobodne galakturonske kiseline. Ovaj enzim ne katalizira hidrolizu pektininske kiseline, a pH aktivnosti mu je 4.5. Smatra se da ovaj enzim hidrolizira i druge oblike veza u pektinskom kompleksu osim 1,4-galaktozidne veze. Pektin Ovaj termin ima više praktičan i komercijalni značaj. On se odnosi na iste supstance koje su definirane pod terminom pektininske kiseline, koje imaju sposobnost da u rastvorima sa šećerom i kiselinama obrazuju žele.

101

PEKTINSKI GELOVI Formiranje pektinskog gela Pektini imaju izvanredno široku primjenu u prehrambenoj industriji, farmaciji, medicini, proizvodnji emulgatora i drugim granama.Pektinski kololdni rastvori imaju sposobnost obrazovanja čvrstih gelova (žele) u prisustvu nekog dahidratacionog agensa. Obrazovanje pektinskih gelovae odvija se najbolje pri pH intervalu od 3.1 do 3.5, a kao dehidratacioni agens koristi se šećer. Žele se obrazuje pri koncentraciji šećera od 65-70 % saharoze ili heksoze, koja koncentracija odgovara približno zasićenom rastvoru saharoze. pH-interval je vrlo važan za obrazovanje dobrog želea. Tako pri sniženom pH dolazi do pojave sinereze gela, a u alkalnoj sredini obrazuju se slabi gelovi. Količina pektina koja učestvuje u obrazovanju gela kreće se od 0.2 do 1.5 %. Kvalitet želea zavisi od kvaliteta pektinskog preparata, njegovog porijekla i načina ekstrakcije. Komercijalni kvalitet pektina izražava se prako "stupnja ili moći želiranja". On varira u intervalu od 50 (obično l00) do 500, što uglavnom zavisi od dva faktora: ▪ stupnja eaterifikacije pektina ▪ molekulske težine pektina. Kao mjera želirajuće moći pektina služi veličina viskoziteta pektina u rastvoru. Demetilirani pektini (pektinska kiselina) nema želirajuća svojstva. Također djelimično metilirana pektininska kiselina daje slabee gelove. Dužina pektinskog lanca također utječe na obrazovanje gela. Pektini kratkog lanca (npr., pektin iz šećerne repe) ima slaba želirajuća svojstva. Soli pektininske kiselina daju pri nižim koncentracijama šećera "mekan" žele i takvi gelovi se korist« u razne svrhe (proizvodnja krema, i dr.). Molekulska težina pektina je u zavisnosti od njihovog porijekla i načina ekstrakcije i dosta je različita. Tako pektini iz šećerne repe imaju molekulsku težinu od 20.000 do 25.000; iz jabuka od 90.000 do 300000, a iz citrusa 150 000 do 400 000.

102

Funkcionalne groupe pektina

Faktori koji utiču na tendencije formiranja gela Pektinski gel u pogledu izgradnje gel sistema može biti u stanju izmedju stanja potpune otopljenosti i percipitacije.Teoretski to podrazumijeva da je segment molekulskog

lanca

pridružen

zajedno

ograničenom

kristalzacionom

formom

u

trodimenzionalnoj mreži u kojoj se skupa vežu voda šećer i druge otopljene tvari.Formiranje gela, iz stanja gdje je polimer potpuno otpljen, je uzrokovano fizičkim i kemijskim promjenama u nastojanju da se smanji topljivost pektina i težnje ka formiranju lokalne kristalizacije. Najvažniji faktori koji utiču na rastvorljivost pektina i tendencije formiranja gela su: 1. Temperatura 2. Molekularna kompozicija pektina (tip pektina) 3. pH 4. Šećer i druge otopljene tvari 5. Kalciumovi ioni

103

Visokoesterificirani niskoesterificirani pektini i pektini s amidnim grupama

Pojednostavljeni model molekularne mreže pektinskog gela Osjenčeno područje predstavlja lokalnu kristalizaciju

Temperatura Kada se hladi topla otopina koja sadrži pektin, termalna kretanja molekula se smanjuju i njihova tendencija kombinovanja u gel mrežu raste Svaki sistem koji sadrži

104

pektin pod odredjenim uvjetima želiranja ima ograničeno temperaturno područje u kojem se želatinizacija nikad neće dogoditi. Želiranje pektina sa različitim stupnjem esterifikacije (pH = 3.0, koncentacija pektina = 0.43% Pectin

Stupanj

Vrijeme želiranja

esterifikacije

95°C

85°C

75°C

65°C

Brzi

73.5

60 min.

10 min.

Pre-gel

Pre-gel

Srednji

69.5

Bez gela

40 min.

5 min.

Pre-gel

Lagani

64.5

Bez gela

Bez gela

Bez gela

30 min.

Tip pektina Distribucija hydrophilnih i hydrophobnih groupa u molekuli pektina determinira rastvorljivost (tendenciju stvaranja gela) u odrdjenom pektinu.Stupanj esterifikacije visoko esterificiranih pektina utječe na želirajuća svojstva. Esterska groupa je manje hydrophilna nego acido groupa i konsekventno visoko esterificirani pektin sa visokim stupnjem f esterifikacije želira na višoj temperaturi nego visoko esterificirani pektin sa nižim stupnjem esterifikacije Ova razlika se reflektuje u terminima brzom, srednjem i laganom želiranju predtavljenom na tabeli. Svojstva i funkcionalnost pektina su determinirani njihovom kemijskom strukturom Na osnovu osobine želiranja pektini se dijele u tri grupe: 1. Visokoesterificirani pektini 2. Niskoesterificirani pektini 3. Pektini s amidnim grupama Postotak esterificiranih karboksilnih grupa u pektinskim tvarima zove se stupanj esterifikacije. Funkcionalne groupe prikazane na Slici determiniraju klasifikaciju pektina. Tip pektina može biti diferenciran prema broju esterskih grupa (methoxyl groupe). Visoko methoxilirani pektini koji sadrže više od 50% esterskih groupa i nazivamo ih visoko esterificiranim ili VE (HE) pektinima.Nisko methoxilirani pektini koji sadrže manje od 50% esterskih groupa i nazivamo ih niskoesterificirani NE (LE) pektinima. Ova dva oblika se jako razlikuju u sposobnosti i mehanizmu želiranja (tvorbe gela).Amidirani pektini su nisko metoksilirani pektini koji takodje sdrže više od 25% amidnih groupa. 105

Visokoesterificirani pektini imaju udio esterificiranih karboksilnih grupa veći od 50%, tako da reakcija sa Ca-ionima skoro potpuno izostaje. Jačina želiranja je između ostalog zavisna od sadržaja kiseline (pH treba da je od 2-3.5), tipa pektina, količine topive suhe tvari koja u većini slučajeva treba da je veća od 55 %.

Mehanizam želiranja visokoesterificiranih pektina (hidrofobne interakcije i vodikove veze)

Sa stupnjem esterifikacije su u korelaciji brzina stvaranja gelova i tekstura samoga gela pri inače istim uvjetima. To znači da visokoesterificirani pektini sa jako visokim stupnjem esterifikacije brže želiraju od visokoesterificiranih pektina sa nižim stupnjem esterifikacije. Pektini sa manje od 50% esterificiranih karboksilnih skupina su u stanju da želiraju sa Ca-ionima. To znači da im za želiranje nije potrebna tačna količina šećera i kiselina, već kontrolirana količina Ca-iona. Želiranje se može postići u širem rasponu topive suhe tvari (10-80 %) i u širem području pH (2.5-6.5). Potrebno je napomenuti da se niska pH-vrijednost postiže dodatkom limunske, askorbinske ili vinske kiseline, koje se već nalaze u voću. Askorbinske se kiselina dodaje u tri svrhe, i to zbog: ▪ sprječavanja tamnjenja, ▪ dodatka vitamina i ▪ sniženja pH.

106

Za jačinu gela su najvažniji: količina pektina, vrsta pektina, količina suhe tvari, pHvrijednost i količina kalcijevih iona.

Mehanizam želiranja niskoesterificiranih pektina

Pektini s amidnim grupamase deesterificiraju uz pomoć amonijaka. Tokom deesterifikacije se jedan dio esterskih grupa zamijeni se amidnim grupama, zbog čega se promijene osobine želiranja u odnosu na pektine koji su deesterificirani uz pomoć kiseline. Ovi pektini želiraju jako brzo, zbog čega se i zovu brzoželirajući pektini.

Za želiranje ne zahtijevaju veću količinu Ca-iona od one prisutne u voću. Ova vrsta pektina se primjenjuje u rasponu suhe tvari 30-65 % i pH 3.0-4.5. Za proizvode sa količinom suhe tvari manjom od 30 % ne preporučuje se primjena ove vrste pektina.

107

Temepratura želiranja i tupanj esterifikacije pH Pektin je kiso sa pK- vrijednosti approx. 3.5.

Disocijacija pektina u ovisnosti od pH

Porast odnosa disociranih acido grupa u odnosu na nedisocirane acido grupe općenito čine molekule pektina više hydrophilnim. Tendencija formiranja gela jako raste padom pH sistema.

108

Šećer i druge otopljene tvari Šećer i druge otopljene tvari općenito imaju tendenciju da dehidriraju pektiske molekule u otopini. Iznad 85% otopljene tvari dehydratacioni efekt je tako jak da želatinizacija

svakog

komercijalnog

pektina

teško

može

biti

kontrolirana.

Visokoeserificirani pektin formira gel kod rastvorive suhe tvari ispod 55 %. Za sve tvari rastvorljive iznad 55 % potrebno je više uzeti u obzir pH-vrijednost Kalcium ioni Za razliku od visoko esterificiranih pektina, niskoestrificirani pektini formiraju gel u prisustvu divalentnih kationa kao što je kalcijum. Kao što je prikazano na slici acid dimetilizirani niskoesterificirani pektin zahtijeva sadrzaj kalcijuma sa optimumom u formiranju gel strukture. Amidirani nisko esterificirajući pektin pokazuje visoku fleksibilnost. Za obje vrste pektina povećanje koncentracijue kalcijuma rezultira povećanjem snage želiranja. Povećanje temperature želiranja do tačke preželatinizacije uzokuje naprimjer da se temepratura želiranja zatvar u tačci ključanja.

Formiranje gela za Amidirani pektin (_______) Acid demetilizirani pektin (_______) u ovisnosi o sadrzaju Ca iona

Reverzibilni i ireverzibilni pektinski gel Zbog velikog broja karboksilnih i hidroksilnih grupa pektin se može u vodenim otopinama nalaziti u sol ili gel stanju. U sol stanju molekule pektina su hidratizirane (spojile su se na molekule vode) i pokretljive.

109

U gel stanju molekule pektina su nepokretne ili imobilizirane. Najčešće se pektinske tvari vežu međusobno i to pomoću vodikovih veza, ali te veze mogu biti i ionske i kovalentne. Ako su pektinske tvari vezane slabim vodikovim vezama mogu graditi reverzibilne gelove. To znači da pektinske tvari mogu prelaziti ponovo u sol stanje.

Reverzibilni pektinski gel

U slučaju da su pektinske tvari vezane ionskim ili kovalentnim vezama tvore ireverzibilne gelove. Sposobnost tvorbe ireverzibilnog pektinskog gela nam omogućuje određivanje količine ili udjela pektinskih tvari. Sastojci pektina su poznati i kao stabilizatori, što znači da su pektini stabilizatori i u tu svrhu se koriste u prehrambenoj industriji.

110

Ireverzibilni pektinski gel

Destabilizacija pektinskih tvari Destabilizacija pektinskih tvari se odvija uz pomoć tvari koje se jednim imenom nazivaju pektolitički enzimi. Ovi enzimi mogu destabilizirati pektinske tvari djelujući na glikozidnu ili estersku vezu. Pektinaze ili pektin-depolimeraze su enzimi koji djeluju na glikozidnu vezu, dok su pektin-esteraze pektolitički enzimi koji djeluju na estersku vezu. Ovaj postupak destabilizacije pektinskih tvari uz pomoć pektolitičkih enzima se naziva depektinizacija i jako je korisna u procesima proizvodnje bistrih sokova, jer u njima je prisustvo pektinskih tvari nepoželjno. Enzimi za depektinizaciju se dobivaju iz mikroorganizama. Temperatura na kojoj pektolitički enzimi djeluju je 45-50 °C. Oni vremenom gube svoju enzimsku moć. Da bi se ta moć sačuvala na duže vrijeme moraju se enzimi čuvati u hermetički zatvorenim posudama bez prisustva zraka i svjetlosti (ako su u obliku praha) ili na niskim temperaturama u hladnjacima (ako su u obliku tekućina). Enzimska moć pektolitičkih enzima može trajati duže ili kraće, a mora se s vremena na vrijeme povjeriti, pogotovo ako se misle upotrebljavati povremeno u proizvodnji.

111

MIKROKONSTITUENTI HRANE Veliki je broj hemijskih mikrokonsituenata hrane, a mnogi od njih još su neistraženi. Prehrambena svojstva ocjenjuju se po osnovu kompozicije nutrijenata ali i njihove biološke aktivnosti. Mikorkonstituenti mogu da imaju izraženu biološku aktivnost u prehrani i metabolizmu. Najznačajniji su vitamini, minerali, pigmenti, aromatske tvari, enzimi, kiseline, glikozidi, tanini, alkaloidi, fitosteroli i drugi. Neke vrste hrane imaju posebno visoku biološku aktivnost, kao što su sastojci i proizvodi od mlijeka (kolostrum, sirutka), meda (polen i mliječ), riblje ulje (esencijalne masne kiseline) itd. Isto tako visoku biološku aktivnost imaju i spojevi iz voća, povrća i začinskog bilja: karotenoidi, flavonoidi, klorofil, glikozidi, tanini, alkaloidi, fitosteroli. Poseban značaj imaju antioksidanti koji eliminiraju uticaj slobodnih radikala u organizmu, kao što su vitamin A i C, selen, flavonoidi, enzimi i drugi spojevi. Zbog svega je potrebno poznavati njihov hemijski sastav i hemijske mehanizme djelovanja kako u hrani tako i u organizmu. Mikro sastojci hrane (mikrokonstituenti) mogu se nalaziti u različitim vrstama i dijlovima hrane, biljnog ili animalnog porijekla. Posebno je zanimljiva po biološki aktivnim materijama kutikula ili voštana ovojnica. Čine je uljne i voštane frakcije koje imaju važnu ulogu u zaštiti plodova voća povrća kao i jaja od djelovanja atmosferilija, a spriječavaju i transpiraciju te smanjuju respiraciju.

VITAMINI Vitamini su organski sastojci koji se nalaze u veoma malim količinama u hrani, a čovjeku su neophodni za održavanje zdravlja, rast i reprodukciju. U početku, kada su se vitamini tek počeli otkrivati njihova hemijska struktura nije bila poznata. Tada je dogovorno da se dodjeljuju oznake koje su bile ili samo slova abecede ili kombinacija brojki i slova. Danas se koriste prikladni nazivi za svaki pojedini vitamin npr. tiamin (B1), riboflavin (B2), askorbinska kiselina (C), biotin (H), cijanokobalamin (B12) i dr. Da bi neka tvar bila proglašena vitaminom ona mora ispunjavati slijedeće osobine: ▪ mora biti vitalna tvar u hrani, a da ne pripada ugljikohidratima, mastima, proteinima, a potrebna je u maloj količini za neki metabolički proces ili za sprječavanje bolesti i ▪ da ih ne može proizvoditi organizam nego da se mora unijeti hranom. Vitamini se moraju unositi u organizam u malim količinama isto kao što se moraju unositi esencijalne aminokiseline i esencijalne masne kiseline. Male količine pojedinih 112

vitamina mogu se sintetisati u organizmu. Tako naprimjer iz provitamina D nastaje vitamin D pod uticajem sunčanih zraka. Manje količine vitamina K i biotina (vitamina H) nastaje u organizmu uz pomoć crijevne mikroflore. Vitamin B3 (niacin) se sintetizra iz esencijalne aminokiseline triptofana, koju opet moramo unijeti hranom. Za razliku od proteina, masti i ugljikohidrata vitamini u organizmu djeluju kao pojedinačne molekule, a ne kao makromolekule. To podrazumijeva da su fukcije vitamina esencijalne u enzimskom sistemu metabolizma proteina, ugljikohidrata i masnoća u ljudskom tijelu. Vitamini nisu izvori energiju ali pomažu enzimima u procesu metabolizma. Potrebe vitamina se mjere u µg ili mg ili u internacionalnim jedinicama (IU). Njihova apsorpcija u ljudskom tijelu zavisi od unosa u prehrani. Uloge vitamina u organizmu su različite, a neki od njih imaju i posebne karakteristične specifičnosti djelovanja. Tako su vitamini E i C antioksidanti, vitamini B skupine imaju često brojne funkcije koenzima, vitamin K ima značajnu ulogu kod koagulacija krvi, vitamin A ima uticaja na poboljšanje vida, a vitamin D na okoštavanje. Nedostaci pojedinih vitamina mogu dovesti kako do lakših tako i do težih oštećenja u organizmu. Tako recimo nedostaci vitamina A uzrokuje tzv. noćnu sljepoću (kseroftalmmiju), a nedostaci vitamina D rahitis, vitamina E mišićnu slabost, vitamina K usporeno grušanje krvi, vitamina B3 pelagru i vitamina B1 bolest „beri beri“ itd.

113

Hemija nekih vitamina, hemijski oblici i spojevi iz kojih nastaju Vitamin

Oblik vitamina

Vitamin Retinil acetat A Retinil palminat Beta karoten Retinol Vitamin Vitamin D D2(ergokalciorol ) Vitamin D3 (kolekarciorol) Vitamin Tiamin B1 hidroklorid Tiamin mononitrat Vitamin Riboflavin B2 Natrij Riboflavin - 5-fosfat Nikotinamid Nikotinska kiselina Vitamin Piridoksin B6 hidroklorid Piridoksin -5fosfat

Vitamin Pantotensk a kiselina

Kalcij D-pantotenat Natrij D-pantotenat Deksapantenol

Vitamin B12

Cijanokobalmin Hidroksokobalmin

Biotin

D-biotin

Vitamin C

L-askorbinska kiselina Natrij L-askorbat Kalcij L-askorbat Askorbilni palmitat Kalij askorbat

Niacin

Folati

Oblik vitamina

Vitamin E

D-alfa-tokoferol DL-alfa-tokoferol

Folna kiselina Vitamin K

D-alfa-tokoferol acetat DL-alfa-tokoferol acetat Filokinon(Fitomenadion)

Hemijska priroda i fizikalno-hemijske osobine vitamina je raznovrsna. Većina vitamina pojavljuje se u različitim hemijskim oblicima. Vitamini se konvencionalno dijele u dvije osnovne grupe: topive u vodi – hidrosolubilne i topive u masnoćama-liposolubilne. U liposolubilne vitamine ubrajamo: vitamin A (retinol), D (kalciferol), E (tokoferol) i K (fitomenadion) dok u hidrosolubilne vitamine ubrajamo: vitamin B1 (tiamin), B2 (riboflavin) B6 (piridoksin), B12 -cijankobalamin, C (askorbinska kiselina) te B3 niacin-nikotinsku, B5 – pantotensku i B9 -folnu kiselinu. Liposolubilni vitamini se apsorbuju, transportuju i pohranjuju na duži vremenski period na način koji je općenito veoma sličan tim procesima kod masti. Hidrosolubilni

114

vitamini se metaboliziraju slično vodenim fiziološkim medijima, koji se kraće zadržavaju u organizmu i u većim količinama se izlučuju putem urina. Vitamini u pojedinim namirnicama VITAMINI A D E K B1 B2 B3 B5 B6 B9 B12 C H

IZVORI VITAMINA Jetra, žumanac, riba, mrkva, paprika, narandža i sl. Riblje ulje, riba, mliječni proizvodi, žitarice Biljna ulja, bademi, kikiriki, jaja, margarin Špinat, kupus, brokula, goveđa jetra, zeleni čaj Integralno brašno i hljeb, kvasac, mlijeko, orah i sl. Riba, iznutrice, jaja, mlijeko, sir, brokula, špinat Meso, jetra, jaja, krompir, riba, povrče, kvasac Meso, mahunarke, žitarice, jaja, mlijeko, povrće Kvasac, riba, soja, žitarice, jaja, meso, iznutrice Špinat, kupus, brokula, zeleno povrće Meso, iznutrice, jaja Crna ribizla, kupus, narandže, limun, paradajz itd. Pivski kvasac, iznutrice, piletina, hljeb, gljive itd

Postoje izvjesne razlike između vitamina topivih u vodi i vitamina topivih u mastima. Vitamini topivu u vodi su termički nestabliniji pa im se količina u hrani smanjuje tokom pasterizacije i sterilizaciji. Pri nižim režimima termičke obrade gubitak je obično 40 do 60 %, a pri sterilizaciji u nekim slučajevima vitamini potpuno degradiraju. Prilikom pranja hrane liposolubilni vitamini se zadržavaju u hrani, a hidrosolubilni se dijelom otapaju i ispiraju vodom. Liposolubilni vitamini se apsorbuju, transportuju i pohranjuju na duži vremenski period u ljudskom organizmu. Prilikom unosa u organizam moraju se prvo rastvoriti u limfi i tek onda prelaze u krv. Do nedostatka vitamina u organizmu zbog nedovoljnog unošenja u organizam putem hrane, zbog poremećaja u resorpciji kao i zbog gubitka iz tijela.

115

Ključni pojmovi Vitamini su esencijalni nutrijenti koji se moraju unositi hranom. Imaju različitu hemijsku strukturu. Dijele se na hidrosolubilne i liposolubilne. Liposolubilni vitamini se absorbuju putem limfotoka i putuju u krvi pomoću proteinskih nosača. Deponuju se u lipdima i adipoznim tkivima te mogu da stvaraju toksične koncentracije. Kuhanjem i pranjem manje se gubi ovih vitamina. Hidrosolubilni vitamini se absorbuju direktno u krvotok i putuju slobodno te ne trebaju proteinske nosioce. Kuhanjem i pranjem gubi se dio ovih vitamina iz hrane. Ne deponuju se u tkivima pa se izbacuju se urinom u ekscesnim stanjima. Imaju niži nivo toksičnosti od liposlubilnih vitamina. Uloge vitamina u organizmu su različite, a neki od njih imaju i posebne karakteristične specifičnosti djelovanja. Tako su vitamini E i C antioksidanti, vitamini B skupine imaju često brojne funkcije koenzima, vitamin K ima značajnu ulogu kod koagulacija krvi, vitamin A ima uticaja na poboljšanje vida, a vitamin D na okoštavanje.

MINERALNE TVARI Mineralne materije prisutne su u hrani u malim koncentracijama. Prirodno se nalaze u tlu i u vodi, a otuda dospiju u biljni i animalni organizam. Mnogi minerali su esencijalni nutrijenti. Uneseni hranom i pićem dospijevaju u ljudski organizam u mnogo većoj količini nego vitamini. Kod odrasle osobe minerali čine čak oko 4% tjelesne mase. Najviše ih ima u kostima. Od mineralnih tvari potrebnih ljudskom organizmu razlikujemo: makroelemente, mikroelemente ili elemente u tragu. Minerali čiji je sadržaj u tkivima veći od 0,01% su makroelementi, a minerali sa manje od 0,01% su mikroelementi ili elementimi u tragovima. Među makroelemente

41

spadaju i elektroliti: Natrij (Na+), Kalij (K+), Kalcij (Ca+2),

Magnezij (Mg+2) Hloridi (Cl-) kao i fosfor i sumpor. Među mikrominerale42 ubrajamo one koji se nalaze u vrlo maloj količini u našem tijelu. To su željezo (Fe), cink (Zn), jod (J), bakar (Cu), mangan (Mn), fluor (F), krom (Cr), selen (Se), molibden (Mo), arsen (As), nikal (Ni), litij (Li), vanadij (Va), silicij (Si) i bor (B). Važniji su željezo, bakar, jod, fluor, cink i selen. Iako je sadržaj Fe u ljudskom tijelu vrlo nizak ima važnu ulogu kao konstituent hemoglobina. Bakar djeluje kao snažan katalizator u funkcioniranju hemoglobina, eritrocita kao i u formiranju energije ćelijama. Jod ulazi u sastav hormona štitne žlijezde koji utiču na normalan rast i razvoj, regulciju brzine bazalnog metabolizma, stvaranje energije i održanje tjelesne temperature. Nedostatak joda u organizmu izaziva gušavost i kretenizam. Cink ulazi u sastav molekule inzulina, uključen u metabolizam ugljikohidrata i neophodan je za sintezu DNA i RNA. Selen je antioksidans i njegove antioksidativne sposobnosti dopunjuju djelovanje vitamina E. Selen jača 41 42

grč. makros = velik grč. mikros = malen

116

djelovanje imunološkog sistema i neutralizira neke toksične tvari kao što su kadmij, živa i arsen koje možemo udahnuti ili unijeti hranom. Općenito, minerali imaju različite uloge u organizmu. Oni čine neophodne strukturne komponente (Ca, P, Mg), učestvuju u različitim enzimskim sistemima (Ca, P, Mg), učestvuju u ravnoteži tečnosti (Na, K), u celularnoj funkciji (Ca, Na, K), neurotransmisiji (Ca, Mg, K) i u mnogim metaboličkim procesima (Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Se). Joni Na, K i Cl regulišu osmotski pritisak i kiselo-baznu ravnotežu u tkivima. Deficit minerala nastaje usljed smanjenog unosa, povećanih potreba i slabe iskoristljivosti. Nedostatak nastupa i u patološkim stanjima kao što su proljevi, povraćanje, jako znojenje i sl. Minerali se u organizam unose vodom i drugim vrstama hrane. Na biodostupnostbioraspoloživost mineralnih materija iz hrane utiče hemijski oblik mineralne materije u hrani, oksido-redukciona svojstva pojedinih sastojaka hrane kao i zdravstveno stanje konzumenta hrane. Mineralne tvari hrane mogu biti u formi jednostavnih soli ili kompleksnih organskih kombinacija (hem, klorofil, lecitin, itd.). U mnogim slučajevima su otopljeni u staničnom soku. Najčešće su u formi različitih kompleksa, kationa, aniona i helatnih spojeva. Elementi I i VII skupine periodnog sistema u hrani su dominantno prisutni u ionskom obliku (Na+, K+, Cl-, F-). Unos nekih minerala u većim količinama od organizmu potrebnih može biti toksičan, posebno kad su u pitanju: bakar, hlor, selen, željezo i drugi.

Ključni pojmovi Minerali su esencijalni mikronutrijenti i moraju se unositi sa hranom. Dijele se na makroelemente i mikroelemente. U hrani mogu biti u formi jednostavnih soli i kompleksnih spojeva, helata, kationa i aniona. Osim uloge u gradnji kostiju i tkiva imaju važne uloge kao kofaktori u sastavu metaboličkih enzima.

117

KEMIJSKI SASTAV VOĆA I POVRĆA Osnovne komponente voća i povrća čine voda i suhe tvari. U sastav suhe tvari voća i povrća najčeće ulaze: ugljikohidrati, proteini (i ostale tvari sa N), masnoće, pektini, vitamini, mineralne tvari, voćne i mineralne kiseline, biljni pigmenti, taninske tvari, tvari arome, enzimi, prirodni premazi, sorbit, glukozidi i ostale tvari u tragovima. Obzirom na kemijske konstituente voća i povrća moguće su različite sistematizacije i klasifikacije voća i povrća. Međutim, u pogledu kemijskog i nutritivnog sastava, voće i povrće sastoji se od: ▪ Makrokonstituenata (voda, ugljikohidrati, proteini i masnoće) i ▪ Mikrokonstituentata (vitamini, mineralne tvari, voćne i mineralne kiseline, biljni pigmenti, taninske tvari, tvari arome, enzimi). Kemija voća i povrća proučava pojedine sastojke voća i povrća i promjene koje se s tim sastojcima dogadaju u prehrambenom lancu. Poznavanje kemijskog sastava je značajno sa tehnološkog aspekta kao i prepoznavanja i determiniranja primjerenih metoda konzerviranja. Kemijski sastav određuje prehrambena (nutritivna) svojstva, odnosno biološku vrijednost voća i povrća. Kemija voća i povrća obuhvata proučavanja sastava i promatranje kemijskih promjena u toku berbe, transporta, skladištenja, čuvanja, prerade i distribucije. Kemija voća i povrća proučava i uticaje prehrane na humani metabolizam kao i probavu voća i povrća Nutricionizam pri tome uključuje i kemijske promjene i procese tokom humanog metabolizma voća i povrća. Očigledno je potrebno posebno poznavanje kemije voća i povrća na bazi: organske kemije (struktura i sistematizacija

spojeva

i

procesa),

fizikalne

kemije

(koloidi

i

fizikalna

svojstva),biokemije (ciklusi i procesi) i analitičke kemije koja je potpora u dokazivanju konstituenata i kontroli tehnoloških procesa.

118

Voda Voće i povrće Suha tvar

Makrokonstituenti

Proteini Ugljikohidrati Lipidi

Mikrokonstituenti

Tvari arome Vitamini Mineralne tvari Kiseline Biljni pigmenti Pektini Enzimi Ostale tvari

Shematski prikaz strukture konstituenata voća i povrća

VODA U VOĆU I POVRĆU Voda je glavni sastojak voća i povrća sa značajnom funkcionalnom ulogom pošto neposredno učestvuje u izgradnji biljnih tkiva a istovremeno ima utjecaja na odabir i primjenu metoda i postupaka konzerviranja. U odnosu na većinu namirnica povrće i voće je najbogatije vodom. Povrće općenito sadrži 90-96% vode, dok voće normalno može sadržavati između 80 i 90%. Prisutna količina vode nalazi se vezana u raznim oblicima. Od načina vezanosti zavisi njena uloga u održavanju strukture kao i ponašanje i utjecaj na izvođenje tehnoloških postupaka prerade. Voda u voću i povrću može biti slobodna i vezana, a to vezivanje može biti hidrataciono, osmotsko i mehaničko. Biljna stanica, općenito, sadrži znatne količine vode. U biljnoj stanici voda može biti vezana u slijedećim formama: ▪ vezana voda u stanici (bound water /dilution water), a u njoj su rastvorene organske i mineralne tvari (vakuola) ▪ koloidno vezana voda koja se nalazi u membrani, citoplazmi i jezgri i koju je teže ukloniti tokom sušenja ili dehidratacionih procesa ▪ konstituciona voda je direktno vezana u kemijske komponente molekule koju je također vrlo teško ukloniti. 119

Vezana voda Vezivanje vode hidratacijom. Većina najvažnijih makromolekularnih sastojaka voća i povrća ima hidrofilna svojstva, te vodu vezuje putem adsorpcije, gradeći pri tome hidrokoloide. Uslijed dipolnog karaktera oko molekule vode stvara se hidratni omotač. To se manifestira vezivanjem vode sa polarnim grupama, odnosno hidrofilnim radikalima kao što su hidroksil, amino, karboksil i slični radikali. Voda koja se na taj način adsorbuje naziva se hidratna voda. Ova količina vode proporcionalna je ravnotežnom sadržaju vode, a zavisi od energije vezivanja molekula vode sa odgovarajućim makromolekularnim sastojcima kao sto su želatin, škrob, i sl. O sadržaju hidratne vode u makromolekularnim komponentama namirnica podatke daje tabela 1. Prosječan sadržaj hidratne vode makromolekularnih komponenti namirnica Jedinjenje Celuloza Škrob Želatin Pektin

Sadržaj hidratne vode (u procentima suhe materije) 3-6 10 20 30

Osmotsko vezivanje vode. Osmotski način fizičko-kemijskog vezivanja vode svojstven je proteinskom ljepku brašna, pri čemu se zapaža jako bubrenje. Mehaničko – fizikalno vezivanje vode. Tipično za ovu vrstu vezanosti vode u mnogim namirnicama je mogućnost njenog uklanjanja mehaničkim djelovanjima (na primjer presovanjem). Mehanički vezana voda pojavljuje se u više oblika i to kao: ▪ Strukturalna voda, ▪ Mikrokapilarna voda, ▪ Makrokapilarna voda, ▪ Površinaki vezana voda. Strukturalna voda je vezana od strane komplicirane unutrašnje strukture koloidnog sistema. U raznim namirnicama za koje je karakteristična gel-struktura voda je "zarobljena" tj. imobilizirana u potpunosti od strane prostorne konfiguracije stvorene od prisutnih suhih materija. Ovako se može objasniti kompaktan oblik i čvrsto stanje

120

ljuštenog krastavca uprkos visokom sadržaju vode (skoro 98%), a također i mnogih drugih vrsta povrća sa 80-95%, odnosno mesa sa preko 70% vode. Mikrokapilarna i makrokapilarna voda smještena je u kapilarama. Svojstveno za mikrokapilarnu vodu je činjenica da je tlak zasićene vodene pare u mikrokapilari manji nego što je u okolnom prostoru. To dovodi do kapilarne kondenzacije vode čak i u slučajevima kada je relativni sadržaj vlage okoline niži od 100%. Makrokapilarna voda se nalazi u kapilarama gdje je tlak zasićene vodene pare u kapilarama identičan sa tlakom zasićene vodene pare iznad ravne vodene površine. Površinaki vezana voda raspoređena je isključivo na spoljnim površinama. Ova voda je vezana čistom adhezijom, tj. nagomilavanjem na čvrstim česticama materija većih od pojedinačnih molekula. U odnosu na ostale načine vezivanja vode, ova veza je najslabija, tako da se voda može odstraniti bez teškoća, na primjer centrifugiranjem. Slobodna voda Slobodno ili vezano stanje vode u namirnicama od velikog je značaja i sa praktičnog stanovišta. Pod slobodnom vodom se podrazumijeva ona voda koja raspolaže punom sposobnošću rastvaranja. Adsorpciona voda je dijelom ograničena i u pogledu sposobnosti rastvaranja, i u pogledu svoje pokretljivosti. Strukturalna voda, međutim, ima praktično istu sposobnost rastvaranja kao i slobodna voda, uprkos svoje prilične imobiliziranosti. Voda u mikrokapilarama, makrokapilarama, kao i površinski vezana voda, po svojim karakteristikama i aktivnosti spadaju u kategoriju slobodne vode. Srazmjerno najviše slobodne vode sadrže tečne namirnice (voćni sokovi, mlijeko, vino). Količinski je sadržaj vode u namirnicama sa mnogo masti mali, ali je sva ta količina ili "slobodna" ili samo mehanički vezana. Najmanje slobodne vode imaju namirnice koje sadrže malo vode, a mnogo bjelančevina i ugljikohidrata (npr. sušeni proizvodi od povrća i voća, brašna, i sl.). Ravnotežni relativni sadržaj vlage - hidratura Sa biološkog stanovišta od praktičnog značaja je prvenstveno raspoloživa voda, a ne ukupna količina prisutne vode. Ravnotežni relativni sadržaj vlage u prehrambenom proizvodu se označava pojmom hidrature. Vrijednost hidrature se može izraziti relativnim sadržajem pare (odnosno relativnim parnim tlakom) koji je u zatvorenom prostoru iznad namirnice u ravnoteži sa posmatranim proizvodom. Ravnotežni relativni sadržaj vlage pod datim uvjetima zavisi od količine raspoložive slobodne vode u dotičnoj 121

namirnici. Ako je sva količina prisutne vode slobodna, odnosno stoji na raspolaganju, tada će vrijednost hidrature iznositi 100%. Vrijednost hidrature će opadati ispod 100 % srazmjerno povećanju količine vezane vode u namirnici. U praksi se odnos parcijalnog tlaka vodene pare namirnice i tlaka čiste vodene pare na određenoj temperaturi definira kao aktivnost vode aw. Pomoću vrijednosti aw može se procijeniti koliki dio slobodne vode stoji na raspolaganju u odvijanju metabolizma prisutnih mikroorganizama. Izuzetna je važnost vlage sa mikrobiološkog aspekta pa je aw pogodan parametar pomoću kojeg se može kontrolirati rast i razvoj mikroorganizama. Utjecaj vrednosti aw je selektivan na aktivnost rasta mikroorganizama. Pored ovog utjecaja dokazan je i utjecaj vrijednosti aw na brzinu odvijanja raznih nepoželjnih kemijskih promjena u hrani, kao što su: ▪ autooksidacija (masti ), ▪ neenzimsko posmeđivanje, ▪ enzimska aktivnost, ▪ djelovanje plijesni, ▪ djelovanje kvasaca, ▪ aktivnost bakterija, itd. Za normalnu aktivnost bakterija potrebna najveća aw i to između 0.92 i 0.96. Za većinu kvasaca je neophodna vrijednost oko 0.88, za plijesni najmanje 0.75 – 0.80, za kserofilne plijesni oko 0.65. Najmanje potrebe u pogledu vode imaju osmofilni kvasci koji ne mogu živjeti u uvjetima u kojima je aw ispod vrijednosti 0.62. Na vrijednost aw utječu i faktori kao što su temperatura, pH sredine, sadržaj dodate soli i drugo. Komponente kemijskog sastava također imaju utjecaja na aw, naročito postojanje koloidne strukture. Za aw usko je vezana higroskopnost, odnosno mogućnost upijanja i otpuštanja vodene pare iz okoline gdje je uskladišteno voće i povrće. Zavisnost između sadržaja vlage nekog proizvoda i relativnog sadržaja vlage okolne sredine u momentu uspostavljanja međusobne ravnoteže pri konstantnoj temperaturi prikazuju sorpcione izoterme. Grafički prikaz sorpcione izoterme se dobija povezivanjem niza tačaka izmjerenih sadržaja vlage namirnice kod uspostavljene ravnoteže sa okolinom poznate relativne vlažnosti (relativna vlažnost se mijenja, dok je temperatura konstantna). Konstruiranje sorpcionih izotermi može se vršiti praćenjem ovih korelacija.

122

Ako se polazi od suhog uzorka i prati postepeni prijem vlage uslijed kontakta sa okolinom veće relativne vlažnosti, tj. u slučaju većeg parcijalnog tlaka pare sredine od parcijalnog tlaka pare na površini uzorka, vlaga će se adsorbirati, a dobijena izoterma je adsorpciona izoterma. Vlažni proizvod će, u slučaju da se nalazi u dodiru sa sredinom male relativne vlažnosti, postepeno gubiti svoju vodu, tako da će se odigrati odgovarajuće sušenje. To se dešava uslijed postojanja većeg parcijalnog tlaka pare na površini namirnice od parcijalnog tlaka pare u okolini. Kriva dobijena povezivanjem ovako određenih ravnotežnih tačaka naziva se desorpciona izoterma. Razlika između toka adsorpcionih i desorpcionih izotermi naziva se histereza. U oba slučaja i kod prijema, i kod otpuštanja vode, prate se procesi do momenta uspostavljanja ravnotežnog stanja, tj. do izjednačavanja parcijalnih tlakova pare na površini namirnice i u okolnom vazduhu. Kao primjer karakterističnog oblika sorpcionih izotermi, na slici su prikazane sorpcione izoterme karakterističnih vrsta voća i povrća.

20

40

60

——— krompir —mrkva ............. jabuka

123

90

100

Sorpcione izoterme vlažnosti za razno sušeno voće na 25 °C

Korištenjem elemenata sorpcionih izotermi formiraju se zaključci o ponašanju odgovarajućih namirnica, na osnovu kojih se mogu postaviti konkretni uvjeti sušenja,

Sadržaj vlage

pakiranja i čuvanja.

Relativna vlažnost zraka Šematski prikaz sorbcione krive: do tačke A jako vezana voda, do tačke B umjereno vezana voda, do tačke C vodena otopina

124

Sadržaj vode u voću i povrću Većina lisnatog povrća sadrži oko 90% vode (86% lisnati kelj, do 94% blitva). Slično je vodom bogato i cvjetasto povrće: brokula, prokulica i cvjetača od 86% (artičoka mladi cvjetovi) do 93% (listovi i cvijet cvjetače). Svježe mahunarke su bogate vodom. Sadrže 62% (mladi sirovi grah) do 90% (zelene mahune). Plodasto povrće (krastavci 96%, zelena paprika 94%, rajčica 98%) najbogatije je vodom od svih vrsta povrća. Stabljičasto (korabica, šparoge), gomoljasto povrće (krompir) i gljive također su bogati vodom (oko 80-93%). Voda se nalazi i u suhom povrću. U suhim mahunarkama (bob, grah, grašak, soja) ima oko 7-12% vode. U sojinu mlijeku vode ima 91%, a u tofu, sojinu siru, čak 85%. Svježe voće sadrži prosječno oko 80—90% vode. Najmanja vode je u bananama (71%), još manje u kruškama (oko 60%), a više u jabukama (87%), trešnjama i višnjama (84%), dinjama i lubenicama (94%). Sušeno voće sadrži, svakako, mnogo manje vode, oko 1020%. Iznimka su zelene, slane konzervirane masline sa 77% vode. U plodovima kestena ima oko 52%, u arašidu (kikiriki) i suhim, oljuštenim bademima nalazi se oko 4-7 % vode, u sirovom orahu 24%, a u suhom samo l% vode. U voćnim sokovima ima, što se i očekuje, dosta vode. Tako se u prirodnom svježem limunovom i narančinom soku nalazi 88% vode, a u soku rajčice čak 94% vode.

MAKROKONSTITUENTI SUHE TVARI VOĆA I POVRĆA Suha tvar voća i povrća sastoji se iz mnogobrojnih vrsta kemijskih spojeva, najviše makromolekularnog tipa, kao što su: ugljikohidrati, a rjeđe masnoće i proteini. Kemijske biokomponente u svježem voću i povrću nalaze se u stanju vrlo dinamične biološke ravnoteže. Sadržaj suhe tvari je različit u različitim dijelovima tkiva biljke kao i u dijelovima biljne stanice. Općenito suha tvar voća može se razlikovati po topivosti u vodi. Tako postoje: ▪ u vodi topive tvari, makromolekularni spojevi kao što je amiloza ▪ u vodi netopive tvari kao što je celuloa, protopektin, dio pepela. Koloidna struktura suhe tvari. Topive tvari voća i povrća su uglavnom iz grupe koloida koji imaju veliku molekularnu težinu. Da bi se koloidno stanje ostvarilo, potreban je samo jedan uvjet: veličina čestica se mora kretati od 0.1 – 0.001 µ. To su najčešće pektini, škrob, dekstrini, bjelančevine, neki tanini i dr. Karakteristično je da su

125

to elektroliti i nose pozitivan ili negativan električni naboj. Koloidi se nalaze u sol ili gel stanju. SOL je disperzija čvrstih čestica u tekućini. Ove čestice mogu biti makromolekule ili nakupine malih molekula, a mogu biti i: liofilni ili liofobni. Liofobni solovi su takvi solovi kod kojih ne postoji afinitet između dispergirane faze i tekućine (vode hidrofobni). Oni su po prirodi nestabilni i s vremenom koaguliraju i istalože se. Liofilni solovi, u drugu ruku, su mnogo sličniji pravim otopinama. Stabilni su i teško se koaguliraju (npr. škrob u vodi). GEL je koagulirani oblik koloidnih sustava u kojem obje fazi prave trodimenzijsku mrežu kroz materijal (npr. želatina). Koloidni ioni nastaju kada koloidne čestice adsorbiraju određenu vrstu iona iz otopine i nabiju se istovrsnim nabojem. Naboj može potjecati i od kemijske reakcije površine čestice Imaju sposobnost hidratacije. Odnos između koloidnih čestica i medija – vode u kojem su otopljene obično ima hidrofilni status (hidrokoloidi). Općenito koloidi mogu biti u formi: ▪ suspenzije, ▪ emulzije (emulgirane pomoću emulgatora) i ▪ disperzije. Suspenzije su u formi sitnodispergiranih čestica unutar otopine i nalaze se u krutom stanju. Nakon nekog vremena se talože. Podjednako su raspoređene u rastvoru zahvaljujući

stabilizatoru.

Kod

emulzija

dispergirano

stanje

čestica

održavaju

emulgatori. Disperzija ovisi o električnom naboju i zakonitostima Brownovog kretanja. Koloidi imaju sposobnost stvaranja micella, električno nabijenih čestica sastavljenih od nakupina velikih molekula. U vodenim otopinama hidrofilni krajevi ovakvih molekula su na površini micele, dok se hidrofobni kraj (obično ugljikovodikov lanac) usmjerava prema središtu. Osim makromolekularnih spojeva u suhu tvar ulaze i kristaloidi, koji imaju manju molekularnu težinu i manji su po veličini čestica. To su: šećeri, kiseline, neke mineralne tvari, koji u vodi prave prave otopine.

126

Orjentacioni sastav suhe tvrari voća i povrća Ugljikohidrati Sirova vlakna Dušične tvari Mineralne tvari Masti

3 - 18% 0.3 - 6,0% i više 0.8 - 1,3% 0.3 - 0,8% 0.1 – 0.3%

Ugljikohidrati Ugljikohidrati su glavna komponenta u voću i povrću i čine više od 90 % njihove suhe tvari.

Sa

energetskog

aspekta,

ugljikohidrati

predstavljaju

najviše

validiranu

komponentu u hrani i igraju glavnu ulogu u biološkom sistemu hrane. Nastaju procesom fotosinteze u zelenom dijelu biljke, tj. asimiliranjem ugljen dioksida (CO2) i vode (zbog toga naziv ugljikohidrati) iskorištavanjem Sunčeve energije. U romanskim jezicima nazivaju ih glicidi. Često se upotrebljava i naziv saharidi (prema lat. saccharum = šećer). Grade strukturalne komponente u slučaju celuloze, sačinjavaju energetske rezerve u slučaju biljnih škrobova, imaju esencijalne funkcije kao komponente nukleinskih kiselina u slučaju riboze i kao komponente vitamina u slučaj riboze i riboflavina. Ugljikohidrati oksidacijom oslobadjaju energiju. Glukoza je u krvi čovjeka primarni izvor energije za ljudsko tijelo. Fermentacijom ugljikohidrata pomoću kvasaca i drugih mikoorganizama može se proizvesti ugljen dioksid, alkohol, organske kiseline i druge komponente. Ugljikohidrati su spojevi ugljika (karbonilni spojevi) sastavljeni od jedne ili više jedinica poli-hidroksi-aldehida ili ketona. Naime, od ugljikohidrata u voću i povrću su u pogledu tehnoloških zahtjeva zastupljeni: - šećeri: monosaharidi (glukoza i fruktoza) disaharidi (saharoza i dr.) oligosaharidi (manje) - škrob (redovito u nezrelom voću). Monosaharidi i disahardi Monosaharidi (grč. monos = sam, jedan) su najjednostavniji ili osnovni saharidi koji se, osim pri stvaranju energije u organizmu, ne mogu cijepati na manje molekule. Sadrže 3-7 atoma ugljika. Dijelimo ih na pentoze i heksoze. Pentoze sadrže pet atoma ugljika i pet molekula vode (C5H10O5). Važnije pentoze su arabinoza i ksiloza, dok je riboza sastavni dio nukleinskih kiselina i koenzima koji se nalaze u svim stanicama, ali u vrlo malim razmjerima. Valja još spomenuti liksozu, te 127

dvije ketoze, ribulozu i ksilulozu, koje se pojavljuju samo u biosintezi. Arabinoza se nalazi u slobodnom obliku, ali u relativno malim količinama u nekim vrstama voća i gomolja odnosno lukovica, npr. u šljivi, višnji, luku. Ljudski je organizam ne može metabolizirati. Ksiloza se, također u manjim količinama, nalazi slobodna u nekim vrstama voća (npr. u marelici). Ni nju ljudski organizam ne može metabolizirati. Heksoze su najvažniji i u prirodi najrašireniji šećeri. Nalaze se kao slobodni ili kao vezani spojevi. To su glukoza i fruktoza, te za prehranu manje važne manoza, ramnoza i sorboza. Glukoza (C6H12O6) je grožđani šećer, obilno prisutna u voću. Osnovni je izvor ugljikohidratne energije. Glukoza predstavlja nesumnjivo najvažniji šećer za živu stanicu ogromne većine organizama. Ona čini najveći dio ugljikohidrata koji se koristi u ishrani čovjeka, domaćih životinja, kao i u metabolizmu biljaka. Fruktoza (lat. fructus = plod, ljetina) je voćni šećer, a nalazi se i u mnogim vrstama povrća U medu su, na primjer, podjednake količine fruktoze i glukoze. U spoju s drugim supstancama fruktoza se krije u velikom broju oligosaharida (saharozi, rafinozi, inulinu i drugima). Osobine šećera. Šećeri kao što je glukoza, fruktoze, maltoza i saharoza učestvuju u: ▪ Snabdijevanju energijom u toku prehrane i metabolizma ▪ Fermentaciji pomoću mikroorganizama ▪ U visokim koncentracijama u preveniranju rast mikoorganizama pa se koriste kao konzervansi ▪ Pri zagrijavanju mijenjaju boju potamnjuju ili karameliziraju ▪ U reakciji sa proteinima (neki) poznatoj kao reakcija posmeđivanja. Stupanj slatkoće važnijih ugljikohidrata uspoređen sa saharozom, kao referentnim saharidom: Fruktoza.................................114 Ksilitol...................................102 Saharoza................................100 Invertni šećer............................95 Glukoza i manitol......................169 Ksiloza.....................................67 Galaktoza.................................63 Sorbitol..................................151 128

Maltoza....................................46 Laktoza...................................16 Za razliku od saharoze, fruktoza je puno slađa i lakše se topi u vodi. Kako je fruktoza lijevo okrenuta ketoheksoza zovu je, osobito u farmakologiji, levuloza. Iz crijeva se resorbira brže nego glukoza. Disaharidi su šećeri sastavljeni od dvije molekule monosaharida spojene glikozidnom vezom. Tako, primjerice, saharoza (C12H22O11) nastaje međusobnim povezivanjem jedne molekule glukoze (C6H12O6) i jedne molekule fruktoze (C6H12O6). glukoza + fruktoza

saharoza + voda

Celobioza se sastoji od dviju molekula glukoze. Nastaje djelomičnim cijepanjem celuloze. Nema većeg praktičnog značenja za ljudski organizam. Trisaharidi. To su oligosaharidi s tri molekule monosaharida. Od praktične je važnosti rafinoza koja se nalazi u melasi (međuproizvod pri proizvodnji šećera) šećerne repe. Hidrolizom daje galaktozu, glukozu i fruktozu. Polisaharidi (poliholozidi) Polisaharidi (grč. polys = mnogi) se sastoje od deset i više molekula monosaharida i nastaju njihovim udruživanjem u visokomolekulski spoj, uz odvajanje vode. Važniji polisaharidi su: ▪ homoglikani i ▪ heteroglikani. Među homoglikane ubrajamo škrob, glikogen i celulozu, a među heteroglikane mukopolisaharide, gume i pektine. Od velikog praktičnog značenja su škrob i celuloza, ali i rezervni biljni polisaharid inulin. Svi spomenuti spojevi služe kao rezerve ugljikohidratne energije (škrob) ili izgraduju čvrste stanične strukture, tvoreći »kostur« stanice (celuloza). Škrob. Stvara se u zelenim dijelovima biljaka kao primarni proizvod fotosinteze. Najviše ga ima u krompiru i žitaricama. Najvažnija je ugljikohidratna hrana čovjeka. Velika se molekula škroba sastoji od glukoznih ostataka. Zrnca škroba sastoje se od dviju frakcija različite građe: 129

▪ amiloze (oko 10-20%) i ▪ amilopektina (80-90%). Amiloza se nalazi u šrobnom zrncu, a amilopektin u njegovu površinskom sloju. Škrob se u ljudskom organizmu počinje već u ustima cijepati na molekule maltoze djelovanjem enzima amilaze (ptijalina). Dekstrini su međuproizvodi koji se stvaraju pri enzimskoj ili pri kiseloj razgradnji škroba na sobnoj temperaturi. U tankom se crijevu škrob, prethodno razgrađen amilazom na maltozu, dalje razgrađuje posredstvom enzima maltaze u glukozu i resorbira se. Neke važnije osobine škroba su: ▪ Predstavlja rezerve energije u biljkama i snabdijeva energijom ljudsko tijelo tokom prehrane ▪ Stvara u sjemenu i krtolama karakteristične škrobne granule.

130

131

Celuloza. Celuloza i hemiceluloza spadaju u pentozane (sirova vlakna). Variraju po udjelu u pojedinim dijelovima voća i povrća, od vrste do vrste pa i sorte voća i povrća. Celuloze ima između 0.2 - 6% pa i 8%. Celuloza je kvantitativno najzastupljeniji ugljikohidrat u prirodi. Nalazi se isključivo u biljkama, čini građu celularnog »kostura«. Glavni je sastojak staničnih membrana, u kori, sjemenkama, i sl. Ljudski organizam ne može iskoristiti celulozu jer nema enzima celulazu, koja je razgrađuje. Svi biljožderi imaju celulazu, pa je za njih celuloza važan izvor ugljikohidratne hrane. Bakterije prisutne u debelom crijevu imaju značajnu ulogu u konačnoj razgradnji neprobavljenih ostataka hrane, ali tek neznatnu ulogu u razgradnji celuloze u ljudskom kolonu. Celuloza je vrlo stabilan ugljikohidrat, netopiv u vodi. Ipak zadržava vodu, tvori glavnu masu neprobavljene hrane, pospješuje pražnjenje crijeva. Povoljno djeluje i na dijabetične bolesnike, omogućavajući posredno bolju utilizaciju ugljikohidrata. Neke važnije osobine celuloze i hemiceluloze su: ▪ Primarno čine strukturu i održavaju konfiguraciju biljnih listova i zelenih dijelova biljke ▪ Nerastvorljivi su u toploj i hladnoj vodi ▪ Nisu probavljivi u ljudskom organizmu i ne daju energetski prinos u njemu ▪ To su tzv. biljna vlakna i imaju funkciju u stvaranju balasta u organizmu. Inulin nastaje polimerizacijom fruktoze, pa ga nalazimo samo u biljkama (cikorija, gomolji mnogih biljaka, od kojih su mnoge ljekovite). Sadrži oko 30 molekula fruktoze (fruktoznih ostataka). Ljudski ga organizam ne može upotrijebiti kao hranu jer nema za to potrebnih enzima, pa ga nepromijenjena izlučuje putem bubrega.

Tvari s dušikom Ove supstance se nalaze u biljci u različitim kombinacijama, tj. kao sastavni dio ▪ proteina, ▪ aminokiselina, ▪ amida, ▪ amina i ▪ nitrita. Povrće ih sadrži izmedju 1.0 i 5.5 % dok ga voće sadrži u količinama ispod 1% u većini slučajeva. Od tvari s dušikom najvažniji su proteini, koji imaju koloidnu strukturu. 132

Proteini su najsloženije organske materije, karakterišu ih veoma krupni molekuli. Proteini mogu biti rastvorljivi ili nerastvorljivi u vodi. Zbog svoje veličine obrazuju koloidne rastvore. Zagrijavanjem gube vodu i daju gust, nerastvorljiv talog odnosno zagrijavanjem iznad 50 °C njihov vodeni rastvor stvara nepovratnu rekaciju i čini ih nerastvorljivim.. Ova činjenica je od važnosti u preradi voća i povrća.. Sa biološkog – nutritivnog aspekta biljni proteini su manje vrijedni od životinjskih i njihova kompozicija ne sadrži većinu esencijalnih aminokiselina. Najbogatije proteinima je lupinasto voće (orasi 15 - 20%; bademi 22 -35%) dok jagodasto sadrži 0.1 – 0.33 %, a koštuničavo 0.07 – 0.21 %. Najsiromašnije je jabučasto voće 0.03 – 0.13%. U građi molekula proteina su zastupljeni kiseonik, vodonik, ugljenik i azot, a u nekim i sumpor ili fosfor. Ovi elementi ulaze u sastav amino-kiselina. Amino-kiselinski sastav različitih belančevina nije isti i predstavlja najvažniju karakteristiku svake belančevine, a služi i kao kriterijum vrednosti belančevina u prehrani. Broj amino-kiselina koje ulaze u sastav belančevina je 20-22. One svojim različitim kombinovanjem obrazuju izvanredno veliki broj različitih proteina. Amino-kiseline koje čovjek nije u stanju da sintetiše u svom organizmu zovu se esencijalne amino-kiseline i moraju se unositi hranom. To su: arginin, histidin, lizin, triptofan, izoleucin, leucin, valin, fenil-alanin, metionin i treonin. Neke od njih imaju izuzetan značaj za rast organizma. Ostale - glicin, alanin, serin, glutaminsku kiselinu, glutamin, asparaginsku kiselinu, asparagin, prolin, cistin, tirozin, ljudski organizam može sam da sintetiše od produkata razlaganja belančevina ili od ostalih amino-kiselina. Da bi organizam koristio i sintetisao proteine, moraju biti prisutne sve esecijalne aminokiseline i to u odgovarajućim proporcijama. Nedostatak ili odsustvo samo jedne esencijalne amino-kiseline može štetno da utiče na sintezu proteina i da proporcionalno umanji delotvornost svih ostalih. U odnosu na porijeklo, belančevine delimo na biljne i životinjske. Proste belančevine biljnog porekla su: ▪ prolamini i ▪ glutelmini, a životinjskog albumini, globulini, protamini, histoni, skleroproteini. Postoje i složene belančevine – proteidi, koje u svom sastavu imaju, osim aminokiselina i nebelančevinastu komponentu. To je nekad mast, šećer, nukleinska kiselina ili specifična bojena materija. Prema prirodi te komponente, proteine možemo podeliti na gradivne i biološki aktivne. Gradivni, zajedno sa drugim organskim makromolekulima, 133

ulaze u građu protoplazme, dok drugi učestvuju u regulaciji metaboličkih procesa i ostalih funkcija živih bića. Izvori biljnih proteina su: ▪ orasi ▪ proklijala zrna ▪ sjemenke ▪ grah ▪ grašak ▪ soja ▪ pečurke. Posjeduju sinergičnost jer zajedno sa mastima (fosfolipidima) grade sve biološke membrane.Termičkom

obradom,

tretiranjem

bazama

i

kiselinama,

sušenjem,

soljenjenjem, zračenjem dolazi do njihove denaturizacije. Proteini su osnovni gradivni materijal ćelija, organa i međućelijskih supstanci. Osnovni su sastojak svih feremenata (enzima), koji imaju nezamenljivu ulogu u usvajanju hranljivih materija od strane organizma i u regulisanju svih ćelijskih procesa razmene. Hormoni su najčešće belančevine - insulin, hormoni hipofize, paratireoidni hormo.Proteini učestvuju u odbrani organizma od bolesti jer su naprimjer antitijela belančevinaste prirode.Imaju transportnu ulogu u prenosu kiseonika (hemoglobin), masti, šećera, vitamina, nekih minerala i hormona. Svojom jedinstvenošću i različitostima su obezbedili specifičnost svake vrste.

treonin

histidin

134

lizin

tirozin

valin

triptofan

izoleucin

leucin

Masnoće Općenito, voće i povrće sadrži vrlo malo masnoća, ispod 0.5%. Međutim, značajne količine naleze se u orasima (55%), sjemenu kajsije (40%), sjemenu grožđa (16%), sjemenu jabuke (20%) i sjemenu rajčice (18%).Značajnija ulja koja imaju primjenu u prehrambenoj industriji a dobijaju se iz voća i povrća su još: bademovo, kajsije, avokada, kakaoa, arašida,bundeve i soje.

MIKROKONSTITUENTI VOĆA I POVRĆA Mikrokonstituenti se nalaze u različitim izvorima tj. različitom voću i povrću. Posebno su značajni antioksidanti u voću i povrću kao i ostalim biljnim izvorima. Antioksidanti kao mikrokonstituenti sprječavaju djelovanje slobodnih radikala Pektinske tvari Pektinske tvari su heterogena grupa spojeva i predstavljaju najrasprostranjenije želirajuće sredstvo, koje nastaje kao rezultat zrenja u zelenim plodovima. To su poligalakturonidi.a sastojci su »kostura« stanica voća i povrća, osobito jabuka, šljiva i dunja. Osnovna gradivna jedinica je (α) - d - galakturonska kiselina. Uz d - galakturonsku

135

kiselinu u sastavu pektina dolaze i neki drugi elementi kao što su arabinoza, metilpentoza i dr. Pektinske tvari čine: ▪ Protopektin (prekursor) ▪ Pektin (pektininska kiselina) ▪ Pektinati – soli pektininske kiseline ▪ Pektinska kiselina ▪ Pektati –soli pektinske kiseline

Pektinske tvari smještene su u središnjoj lameli biljne stanice. Zbog svoje funkcije »biljnog kostura« pektini se funkcijski nalaze u istoj skupini u koioj se nalaze celuloza, hemiceluloza, lignin, gume i guar, a nazivamo ih zajedničkim nazivom biljna vlakna. Zbog funkcije zaštite sluznice pektini spadaju u zaštitna sredstva sluznica. Pektinske kiseline nisu topive u vodi, ali su topive alkalne soli tih kiselina. Neke važnije osobine pektina su: ▪ Pektini se nalaze u voću i povrću kao i gume i imaju osnovnu funkciju održanja konzistencije ▪ Pektinske otopine u formi gela, kad se dodaju šećer i kiseline, čine bazu u formiranju gela i proizvodnje želiranih proizvoda. Pektini su slični polisaharidnim gumama, kada su otopljeni u vodi bubre i tvore mrežu u kojoj zadržavaju sve suspendirane čestice. Spadaju u aditive ograničene sa dobrom proizvodnom praksom. Dobivaju se vodenom ekstrakcijom iz jabuka ili citrus plodova. Obilato se koriste u prehrambenoj tehnologiji kao stabilizatori, želirajuća sredstva i ugušćivači marmelada, džemova, voćnih krema, pudinga, itd.). Vitamini Vitamini se definiraju kao organske zaštitne materije koje se moraju unositi u organizam u malim količinama isto kao što se moraju unositi esencijalne amnokiseline i esencijalne masne kiseline. Fukcija vitamina je esencijalna u enzimskom sistemu metabolizma proteina, ugljikohidrata i masnoća u ljudskom tijelu. Evidentna je njihova uloga u održavanju ljudskog zdravlja. Vitamini su spojevi važni za ljudski organizam s fiziološkog stanovišta kao i s tehnološkog aspekta (prerade sirovina u proizvod). S tehnološkog aspekta potrebno je: ▪ osigurati sirovinu sa što većim sadržajem vitamina; 136

▪ ostavriti što manji gubitak vitamina tokom transporta i čuvanja sirovine do prerade; ▪ tokom prerade spriječiti odnosno svesti na minimum djelovanje degradativnih faktora: temperatura, svijetlo, kisik i drugi, koji utječu na gubitak vitamina. Kemijska priroda vitamina je jako raznovrsna, te i njihove fizičke osobine. Vitamini se konvencionalno dijele u dvije osnovne grupe: topive u vodi (C i neki iz B-kmpleksa) i topive u masnoćama (A, D, E i K). Njihova apsorpcija u ljudskom tijelu zavisi od normalne apsorbcije vitamina u prehrani. Vitamini topivi u masnoćama Vitamin A Vitamin D Vitamin E

retinol. tokoferol

Vitamin K

U biljkama se nalazi u formi prekursora, β-karotena) sintetizira ga organizam iz provitamina D u sjemenju i orasima, u sojinom ulju, kupusu, špinatu, suhom zrnu graška, mrkvi, cvjetači, korabici, slatkom krompiru, šparogama, lucerni, sjemenju jabuka, u ulju kokosova oraha i kikirikijevu ulju. u zelenolisnom povrću, npr. u špinatu, peršunu, kupusu, brokuli, cvjetači, u krompiru Topivi u vodi

Vitamin Vitamin Vitamin Vitamin Vitamin

B1 B2 B3 B6 H

tiamin riboflavin nijacin, nikotinska kiselina piridoksin biotin, koenzim

Vitamin Bc

folna kiselina

Vitamin B12 Vitamin B Vitamin C

cijanokobalamin pantotenska kiselina askorbinska kiselina

u mahunarkama i orasima špinatu i brokuli mahunarke, kikiriki soja, kikiriki i orasi crijevne bakterije ga dovoljno sintetiziraju špinat, šparoga, suhi grašak, lisnato povrće nema ga u voću i povrću mahunarke u većini voća i povrća

Mineralne tvari Od mineralnih tvari potrebnih ljudskom organizmu, a koji se nalaze u voću i povrću razlikujemo ▪ elektrolite, ▪ makrominerale i ▪ mikrominerale ili elemente u tragu. 137

Minerali su anorganske tvari. Prirodno se nalaze u tlu i u vodi, a otuda dospiju u biljni organizam. Mnogi minerali su esencijalne tvari, dakle pripadaju tvarima koje ljudski (i životinjski) organizam mora unijeti hranom ili pićem izvana. Uneseni hranom i pićem stižu u ljudski organizam u mnogo većoj količini nego vitamini. Kod odrasle osobe minerali čine čak oko 4 % tjelesne mase. Najviše ih ima u kostima. Među makrominerale (grč. makros = velik) spadaju elektroliti: ▪ kalcij ▪ magnezij ▪ fosfor i ▪ sumpor. Među mikrominerale (grč. mikros = malen) ubrajamo one koji se nalaze u vrlo maloj količini u našem tijelu. To su željezo (Fe), cink (Zn), jod (J), bakar (Cu), mangan (Mn), fluor (F), krom (Cr), selen (Se), molibden (Mo), arsen (As), nikal (Ni), litij (Li), vanadij (Va), silicij (Si) i bor (B). Minerali Kalcij Bakar Jod Željezo Magnezij Fosfor Kalij Selen Silicij Sumpor Cink

Voće i povrće u kojima se nalaze Tamno zeleno povrće, suho voće Zeleno povrće Luk Lisnato povrće, peršin Suho voće, orasi, lisnato povrće, jabuke, celer, limun, smokve Mahunarke, zeleno povr}e, orasi Banane, suho voće Mahunarke, češnjak, paradajz, luk Zeleno povrće Kupus, jabuke, mahunarke, luk Zeleno povrće

Kiseline U svim biljnim vrstama, a posebno u kiselim plodovima i klicama, nalaze se važne organske kiseline, od limunske, vinske i oksalne Kiseline u voću i povrću mogu biti slobodne ili kao sastojci estera. U voću ih ima prosječno 0.1 - 2% dok u soku može da bude i do 6%. Najvažnije kiseline u voću su: limunska, jabučna, vinska, a manje su zastupljene: octena, jantarna, maslačna, oksalna. U povrću ih je manje do 0.1%.

138

Voće sadrži prirodne kiseline kao što je limunska u naranči i limunu, jabučna u jabuci. Ove kiseline daju voću kiseo okus i usporavaju djelovanje bakterija. U nekim slučajevima, kao kod povrća, postoji povoljno djelovanje bakterija, kao što je npr. fermentacija kupusa, gdje se uz pomoć bakterija odvija mliječno-kiselinsko vrenje, ili proizvodnja sirćeta iz jabuka. Organske kiseline imaju utjecaja na boju voća i povrća. Mnogi pigmenti imaju neutralan pH indikator. U pogledu kvarenja voća i povrća kiseline imaju značajan doprinos jer smanjuju pH vrijednost. U anaerobnim uvjetima pri pH 4.6 Clostridium botulinum može rasti i proizvoditi letalne toksine. Ova opasnost je odsutna pri pH 4.6 i niže. Sadržaj kiselina i šećera su dva glavna elementa koji imaju utjecaja na okus voća. Odnos šećer/kiselina se veoma često koristi u tehnološkim zahtjevima za voće i nekim vrstama voća i povrća. Povoljan odnos kiselina i šećera 1 : 9 u voću 1 : 10 u sokovima

Mineralne kiseline se nalaze se u voću i povrću u obliku soli: sulfati, fosfati, kloridi. Značajno je prisustvo i fenolnih kiselina u vocu i povrcu: elaginska kiselina galna salicilna taninska vanilin capsaicin Curcumin

Orasi, jagode, strawberries, kupina, guava, grozdje. mango, jagoda soja. pepermint, kikiriki kopriva, čaj, jagodasto voće. vanila, karanfilić. chilli Kari, slačica

Biljni pigmenti –boje Biljni pigmenti daju boju voću i povrću kao i proizvodima koji se od njih proizvode. Najpoznatiji je klorofil u zelenim biljkama, kao i velika skupina karotenoida. Žute i narandžaste boje potječu od karotenoida. To su spojevi koji imaju mnogo nezasićene veza koje lako pucaju. Crvene, plave i ljubičaste boje potječu od flavonoidnih spojeva, posebice antocijana, koji su dobri antioksidansi. Zelena boja potječe od klorofila koji je zaslužan za fotosintezu - za disanje. Značajne su crvena, plava, ljubičasta i niz drugih 139

boja, Sadržaj pigmenata je relativno nizak ali i u malim koncentracijama daju boju proizvodu. Mogu biti topivi i netopivi u vodi. Često su vezani za druge supstance unutar stanice. Topivi u vodi: ▪ antocijani (crveni do bordo) ▪ flavoni (žuti do narančasti) ▪ betalaini (crveni) Netopivi u vodi: ▪ klorofil (zeleni) ▪ karotenoidi (žuti do narančasti, kemijski spada u tetraterpene) Biljni pigmenti se razvijaju tokom zrenja (klorofil) i dozrijevanja (antocijani, flavoni, karotenoidi). Taninske tvari Tanini su složena, polifenolna i bezazotna jedinjenja, molekulske mase 500 (1000)3000. Na osnovu gradivnih jedinica i hemijske prirode, mogu se izdvojiti dve osnovne vrste tanina hidrolizirajući (pirogalni) i kondenzovani (katehinski) tanini. Mešoviti tanini predstavljaju smješu ove dvije vrste tanina,a pseudo tanini nastaju od gradivnih jedinica tanina, ali imaju manju molekulsku masu. Hidrolizirajući tanini su poliestri galne kiseline (ili njenih derivata) i centralnog molekula šećera (najčešće je to glukoza). Galna kiselina nastaje iz šikiminske kiseline.Kondenzovani tanini stvoreni su kondenzacijaom najčešće dva ili tri molekula flavan 3-ola (katehina, epikatekina) ili re e flavan 3,4-diola (protoantocijanidina ili leukoantacijanidina). Osnovne gradivne jedinice ovih tanina, nastaju metabolizmom acetata. Tanini su vrlo rasprostranjeni u biljnom svetu a nalaze se u citoplazmi perenhimskih ćelija različitih organa. Tanini predstavljaju zaštitu od insekata i herbivora. S jedne strane smatra se da su medijatori starenja tkiva jer učestvuju u procesu opadaja lišća, a sa druge postoji miščjenje da su depoi šećera prisutni u mladim voćkama, čijim razlaganjem oslobodjeni šećer doprinosi slasti zrelog voća.Odgovorne su za fenomen posmeđivanja. Tanini su tvari u voću oporog okusa i stežu usta, sa svojstvom da uništavaju bjelančevine.Ovaj fenomene uništavanja bjelančevina iskorišten je za štavljenje kože. Osim u voću ima ih i u drugim biljkama i iz kojih se i proizvode (Hrastova, cerova, jasenova, orahova i druge kore drveća i voća. Višegodišnje zeljaste biljke sadrže najviše tanina u podzemnim organima Ima ih više u 140

nezrelom voću. Tokom zrenja razgrađuje ih enzim tanaza. Nepoželjni su u voćnim sokovima, imaju koloidna svojstva. S proteinima (koji u otopini također posjeduju naboj) se talože (precipitacija) i uklanjaju se u procesu bistrenja. Zastupljenost u jagodastom voću je 0.02 – 0.037% i u jabučastom 0.6%. Imaju dijeteska i funkcionalna svojstva u prehrani Tanini iz mušmula, divljih krušaka, jabuka i drugog divljeg voća važni su kao pomoć kod proljeva i za brže zarašćivanje rana, ujeda, za jačanje i slično. Za te svrhe koriste se i opore jabuke, orahove ljuske, kora i list, plodovi borovnice, kupine i maline, dunja, oskoruša i razno drugo oporo voće.

Tvari arome To je grupa spojeva (alkoholi, aldehidi, ketoni, karbonske kiseline, esteri, eteri, voskovi, voskovima slične tvari i dr.) više ili manje hlapive s vodenom parom. Utječu na okus i miris. Aromatičnost ovisi o vrsti i sorti voća odnosno povrća, o koncentraciji spojeva, o dijelu biljke u kojem se nalaze, o molekularnoj težini. Tokom zrenja i dozrijevanja se razvijaju iz prekursora (prethodnika) arome i pojačavaju. Intenzitet arome pojačavaju enzimi. Etarska ulja Etarska ulja su isparljivi mirisni sastojci biljaka, a biljke koje ih sadrže nazivaju se aromatičnim.

To

su

više

ili

manje

složene

smeše

različitih

isparljivih

monoterpena,seskviterpena i fenilpropanskih jedinjenja. Monotorpeni se javljaju u obliku acikličnih,mono-, bicikličnih, alifatičnih i aromatičnih struktura. Seskviterpeni formiraju još raznovrsnije strukture osnovnog skeleta, zbog dužine lanca C atoma veća je mogućnost različitih ciklizacija. Fenilpropanski sastojci zastupljeni su uglavnom umanjim količinama kao aril ili propenilfenoli i aldehidi.Etarsko ulje, obzirom na njegovu složenost, ne predstavlja nepromenjiv sistem.Količina ulja i procentualni udio svake komponente zavise od mnogo faktora: ▪ genotipa, ▪ fenofaze, ▪ ontogenetskog razvoja, ▪ ekoloških faktora i ▪ faktora sredine, ▪ načina obrade biljne sirovine, načina izolacije etarskog ulja.

141

Sadržaj etarskog ulja definiše kvalitet aromat. Kvalitet etarskih ulja je definisan organoleptičkim osobinama, ▪ fizičkim parametrima (relativna gustina, indeks refrakcije, optička rotacija i rastvorljivost u konsetrovanom etanolu) i ▪ hemijskim parametrima (kiselinski i estarski broj). Estarska ulja u biljkama nastaju aktivnošću endogenih i egzogenih sekretornih tkiva koja se mogu javiti u obliku pojedinačnih ćelija u parenhinskim tkivima, žlezdanog epitela šupljina ili kanala ili organizovane i specifične strukture.Na sobnoj temperaturi, etarska ulja su najčešće tečnosti, rijetko imaju viskoznu ili polučvrstu konzistenciju. Lako su pokretljiva, bistra ili slabo obojena, većinom ljutog, aromatičnog ukusa. Već na nižim temperaturama, pojedini sastojci estarskih ulja isparavaju te ulja imaju specifičan miris. Etarska ulja koriste se u parfimeriji, kozmetičkoj i industriji sredstava za higijenu.U prehrambenoj industriji koriste se kao začini i aditivi, osiguravaju bolju svarljivost, iskorišćenja hrane, konzervansi produžavaju njenu svježinu; u industriji alkoholnih i bezalkoholnih pića. Enzimi (fermenti) Enzimi su biokemijski katalizatori koji po svom sastavu spadaju u grupu globularnih (klupčastih) proteina koji promoviraju većinu biokemijskih reakcija nastalih u biljnim stanicama. Enzimi su specifični katalizatori i svaki enzim katalizira jednu reakciju ili skupinu srodnih reakcija. Molekule koje sudjeluju u reakciji (supstrat) vežu se na specifično aktivno mjesto na molekuli enzima stvarajući kratkoživući intermedijer. Enzimi ubrzavaju kemijsku reakciju i nakon reakcije ostaju nepromijenjeni. Nalaze se u istoj fazi kao i supstrati. Enzimi ne mogu izazvati kemijsku reakciju niti mogu pomaknuti položaj

ravnoteže.

Oni

snižavaju

energiju

aktiviranja

reakcije

(Ea),

odnosno

omogućavaju većem broju molekula da prijeđu energetsku barijeru (Ea') čime se reakcija ubrzava. Ukupna energija reakcije (Ereak.) ostaje nepromijenjena. Određeni enzim može sudjelovati i u sintezi i u razgradnji određene tvari. Kod skladištenja i prerade voća i povrća veoma važnu ulogu igraju enzimi klase hidrolaze: ▪ lipaze, ▪ invertaza, ▪ tanaza, 142

▪ klorofilaza, ▪ amilaza, ▪ celulaza. Druga skupina enzima su oksidoreduktaze: ▪ peroksidase, ▪ tirozinaze, ▪ katalaze, ▪ askorbinaze, ▪ polifenoloksdaze. Po kemijskom sastavu to su proteinske tvari i u svom sastavu imaju posebnu strukturu koja se sastoji od ▪ aktivnog centra (apoenzim) i ▪ aktivne grupe (koenzim). Oni zajedno čine holenzim (puni sklop enzima). Postoje dvije osnovne grupe enzima - autohtoni u stanicama voća i povrća - mikrobni enzimi (na površini voća i povrća). U svježem voću i povrću sudjeluju u metaboličkim procesima (rast, zrenje i dozrijevanje). Djeluju za vrijeme prerade i čuvanja (skladištenja). Djelovanje može biti poželjno i nepoželjno. Za svaku grupu spojeva postoje odgovarajući enzimi koji ih razlažu. Osobine enzima važne u tehnologiji voća i povrća su: ▪ U živom tkivu voća i povrća enzimi kontroliraju reakcije vezane za zrenje i dozrijevanje. ▪ Poslije branja, ako nisu inaktivirani zagrijavanjem, kemikalijama ili na drugi način enzimi nastavljaju proces dozrijevanje i u mnogim slučajevima izazivaju kvarenje kao kod lubenica i prezrelih banana. ▪ Zbog toga što učestvuju u mnogim biokemijskim reakcijama u voću i povrću odgovorni su za promjene u aromi i okusu, boji, teksturi i nutritivnim svojstvima. ▪ Proces zagrijavanja voća i povrća za vrijeme prerade uzrokuje ne samo uništavanje mikroorganizama nego i deaktivaciju enzima što omogućava produženje upotrebe – konzerviranje. 143

Enzimi imaju optimlnu temperaturu djelovanja oko 50 °C kada je njihova aktivnost maksimalna. Zagrijavanje iznad optimalne temperatue uzrokuje deaktivaciju. Aktivnost svakog enzima je također karakteristika optimalne pH vrijednosti. Enzimi su proteinske molekule koji posjeduju jedinstvenu sposobnost kataliziranja biokemijskih reakcija. Specifični su za određenu materiju i djeluju veoma selektivno, npr. proteaza na protein, amilaza na škrob, itd. Biomehanizam djelovanja enzima bazira se na specifičnoj hidrolizi određenog supstrata. Kao i drugi proteini oni ne prolaze kroz mukoznu membranu crijevnog sistema bez prethodne razgradnje, tako da se ne apsorbiraju od strane čovjeka. Pošto enzimi djeluju na komponente hrane, a ne na crijevne bakterije ne dovode do stečene rezistencije na njih. Prirodni premazi To su uljne i voštane frakcije (kutikula ili voštana ovojnica) koje imaju važnu ulogu u zaštiti plodova od djelovanja atmosferilija, spriječavaju transpiraciju (otpuštanje vode), smanjuju respiraciju (disanje). Tokom skladištenja povećava se uljna frakcija uz razvoj hlapivih estera. Sorbit Sorbit je šesterovalentni alkohol čija količina ovisi o stupnju zrelosti. Nastaje kao međuproizvod pri cijepanju šećera. Nalazi se uglavnom u jabučastom (jabuke, kruške) i koštuničavom (trešnja, šljiva) voću i vrlo malo ili uopće ne u jagodastom i južnom voću. Glukozidi Glukozidi se nalaze u manjim količinama u mesu plodova (glukojantarna kiselina). U sjemenkama su prisutni kao amigdalin, limetin, kao i u pokožici (auranciamarin). Antocijanidini, flavoni i flavonoli dolaze u prirodi u vezanom obliku kao glikozidi. Glikozidi antocijanidina zovu se antocijani i crvene su do plave boje, koja je karakteristika brojnih vrsta voća. Flavon i flavonolglikozidi dolaze u svakoj biljnoj vrsti i imaju slabo žutu boju. Vrste glikozida su i saponini, oni sastojci što ih sadrže i šamponi, losioni i slična kozmetička sredstva. Ako dospiju u krvotok iz pripravaka ciklame, a donekle i iz divljeg kestena, izazivaju raspadanje crvenih krvnih tjelešaca. Jako su otrovni za žive tvari stanice, na sluzokoži izazivaju osjećaj draženja i lučenja tekućine, a na osjetljivoj koži mogu kod pojedinaca izazvati saponizidi alergije. 144

Lignani Fitoestrogeni – lignani, nazvani tako zbog strukture i učinaka koji su slični estrogenim hormonima, Lignani su veoma rasprostranjeni u biljnom svijetu: najviše ih ima u lanenim sjemenkama, a nalaze se u jagodičastom voću (secoisolariciresinol), artičokama (silamarin), sezamu I brokulama (matairesinol) Gume -karbohidratni spojevi Gume (karbohidratni spojevi) imaju osnovnu funkciju održanja konzistencije biljnog tkiva. Razlikujemo gume koje se stvaraju na stablima i gume koje se mogu ekstrahirati iz brašna. Poznata je arapska guma koju stvaraju neke vrste akacija. To su složeni ugljikohidrata i spojevi koji, među ostalim, sadrže galaktozu, ramnozu, arabinofuranozu i galakturonsku kiselinu. Od guma koje se dobivaju iz zdrobljenih zrnaca poznatija je guma guar jedne indijske biljke (Cyamopsis tetragonolobus) te karuha jedne leguminoze koja raste u Sredozemlju. Gume se danas upotrebljavaju u prehrambenoj industriji Sluzi Sluzi su prirodni, biljni heteropolisaharidi i predstavljaju rezerve ugljenih hidrata i vode u biljci. Izgradjeni su od linearnih ili račvastih lanaca ▪ pentoza, ▪ heksoza i ▪ uronskih kiselina, ▪ njihovih soli i ▪ estara. Sluzi sa linearnim nizovima grade vodene rastvore velike viskoznosti i male stabilnosti (pri promjeni temperature dolazi do kidanja vodenih veza i do njihovog taloženja). Sluzi sa račvastim lancima polisaharida sa vodom formiraju gelove, stabilne sisteme. Sluzi su u najvećoj koliičini koncetrisane u biljkama reda ▪ Malrales (kisele sluzi) i ▪ Fabales (neutralne sluzi). Lokalizovane su u raznim delovima biljaka u obliku membranske sluzi (nagomilane na ćelijskim zidovima), sekundarnih zadebljanja ili ćelijske sluzi (bezoblične mase u ćeliji).

145

Alkaloidi Alkaloidne Biljke imaju vrlo velik znacaj za covjeka, za njegov zivot i rad. Alkaloidi su organske molecule sa nitrogenom vise poznate zbog svog farmakoloskog efekta na ljude I zivotinje. Nose naziv alkaloidi zbog obavezne komponente nitrogene baze u spoju (naprimjer amine), pa se mogu smatrati derivatima aminokiselina. Alkaloidi se mogu naci u biljkama kao ( naprimjer u kromiru I paradjzu and ), kao I gljivama. Mogu biti ekstrahirani iz njihovih izvora tretmanom sa kiselinama ( obicno HCl i H2SO4 ili maleinskom i limunskom kiselinom ) Alkaloidi su najčešće derivati aminokiselina Većina ih ima gorak okus.Ekstrahuju se iz ljekovitih biljaka, ali su prisutni i u odredjenim vrstama vopca i povrca. Proizvode se i sintetski. Alkaloidi se obicno klasificiraju na osnovu zajedničkog molekularnog prekursora, odnosno na bazi biološkog ciklusa on the putem kojeg se sintetizira molekula. Područje biosinteze alkaloida jos nije dovoljno istrazeno, pa se alkaloidima daju I nazivi po funkcijama finalnog proizvoda (opijum) ili po biljci odakle je izoliran (solanin).Kad se dovoljno sazna o izvjesnom alkaloidu, klasifikacija se mijenja u svjetlu novih saznanja, a obicno dobija ime bioloski vaznih amina koji ucestvuju u procesu sinteze.

146

Kemijski sastav važnijih vrsta voća hranjive tvari

jed. jabuka jabuka mjere zrela osušena

1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

kcal kJ g g g g g g

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno hranjive tvari

1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

1. energija 2. 3. 4. 5.

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno 7. vlakna sirova ukupno

264 1104 26,7 1,37 1,63 60,81 1,46 8,03

jed. kruška mjere svježa

kruška u limenc i 77 322 80,7 0,27 0,1 18,73 0,2

kcal kJ g g g g g g

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno hranjive tvari

55 229 85,3 0,34 0,40 12,39 0,32 2,30

55 231 84,3 0,47 0,29 12,66 0,33 2,8

pire sok od džem od jabuka od jabuka jabuka 79 47 259 329 199 1086 77,9 88,1 35 0,22 0,07 0,1 0 19,2 11,8 64,87 0,18 0,27 0,13 dunja kruška sok od svježa osušena kruške 40 165 83,1 0,42 0,5 8,3 0,44

jed. svježa osušena džem od mjere marelica marelica marelic e kcal 45 247 250 kJ 186 10,5 1044 g 85,3 17,6 33 g 0,9 5 0,41 g 0,13 0,5 0

295 1240 27 1,9 0,6 70 1,1

60 250 85 0,1 trag 14,7 0,1

sok od marelic e 54 226 84,5 1 0,2

marelica iz limenke 120 505 68 0,5 0,1

g

9,94

55,72

62

13,6

29

g

0,66

3,3

0,36

0,7

0,4

g

2,02

8

147

hranjive tvari 1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno hranjive tvari

1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno hranjive tvari

1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno hranjive tvari

1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno

jed. trešnja višnja mjere svježa svježa kcal kJ g g g g g g

63 265 82,8 0,9 0,31 14,21 0,49 1,9

Mirabel a

55 230 84,8 0,9 0,5 11,67 0,5 1,04

64 269 82,4 0,75 0,2 14,9 0,46

sok džem od od višnje trešanja 66 184 276 770 85,8 55 0,3 0,7 0,3 13,9 44 0,5 0,2

jed. šljiva šljiva okrugla šljiva iz džem mjere svježa suha šljiva limenk od eu šljiva modra saftu kcal 50 227 57 75 241 kJ 207 952 239 315 1009 g 83,7 24 80,7 80,8 31,1 g 0,6 2,3 0,79 0,48 0,32 g 0,17 0,6 0,11 g 11,41 53,2 13,52 18,1 60 g 0,49 2,1 0,6 0,5 0,24 g 1,7 9 2,25 jed. mjere kcal kJ g g g g g g

jagoda kupina malina 33 137 89,5 0,82 0,4 6,45 0,5 2

43 178 84,7 1,2 1 7,15 0,51 3,16

36 149 84,5 1,3 0,3 6,92 0,51 4,68

džem od jagoda 173 720 57 0,3 0,1 42 0,2

dud 70 295 84 1,3 0,9 14 0,5

jed. borovnica crni crveni brusnica ogrozd mjere ribiz ribiz kcal 37 47 36 39 46 kJ 156 196 151 164 193 g 84,61 81,3 84,7 87,4 89 g 0,6 1,28 1,13 0,35 0,8 g 0,6 0,22 0,2 0,7 0,6 g 7,36 9,96 7,44 7,8 9,2 g 0,3 0,8 0,63 0,24 0,5 g 4,9 6,8 3,5 3,4 148

hranjive tvari 1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno hranjive tvari

1. energija 2. 3. 4. 5. 6. 7.

voda proteini ukupno masti ukupno ugljikohidrati ukupno minerali ukupno vlakna sirova ukupno

jed. mjere kcal kJ g g g g g g

datulja 276 1161 20,2 1,85 0,53 66,32 1,82 9,2

smokve suhe svježe smokve 61 242 257 1013 80,2 24,6 1,3 3,54 0,5 1,3 12,9 54 0,7 2,38 2,04 9,6

jed. plod kaki mjere guave šljiva kcal 35 69 kJ 146 290 g 83,5 81 g 0,9 0,64 g 0,5 0,3 g 6,7 16 g 0,68 0,67 g 5,2

149

grejpfrut

kivi

40 166 89 0,6 0,15 8,95 0,35 0,58

53 221 83,8 1 0,63 10,77 0,72 3,9

limeta

mandarina

limun

32 133 91 0,5 2,4 1,9 0,2

46 192 86,7 0,7 0,3 10,1 0,7

41 170 90,2 0,7 0,6 8,08 0,5

Kemijski sastav važnijih vrsta povrća

hranjive tvari

krumpir jed. krumpir krumpir krumpir kuhan, pomfrit mjere sirov pečen pire oguljen kcal kJ

80 335

95 400

89 370

89 370

152 640

2. voda 3. proteini ukupno

g g

79 1,7

75 1,7

77 1,6

79 2,2

69 1,6

4. masti ukupno 5. ugljikohidrati ukupno

g g

0,1 17,8

0,1 21,5

0,1 20

2,2 17,8

7 20,5

6. minerali ukupno 7. vlakna sirova ukupno

g g

1 1,4

1 2,5

0,9 1

1,5 1,2

2 1

1. energija

hranjive tvari 1. energija

osušena mrkva pire jed. svježa mrkva iz narezana u od mjere mrkva limenke mrkva prahu mrkva kcal 41 180 336 45 25

2. voda

kJ g

170 89

753 9,4

1406 5,0

188 87,4

103 93

3. proteini ukupno 4. masti ukupno

g g

1,0 0,1

6,8 1,45

8,0 1,48

1,1 0,18

0,6 0,2

5. ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno

g g

8,8 0,7

64,2 27,4

55 6,76

10,5 0,87

5,0 0,9

7. vlakna sirova ukupno

g

2,4

26,3

19,8

3,3

1,4

hranjive tvari

1. energija

zeleno jed. sojino mjere zrnosirovo kcal 147

zeleno sojino zrnokuhano 151

prženo suho punomasno sojino sojino sojino zrno- zrnobrašno suho kuhano 453 173 433

2. voda

kJ g

615 67,5

590 68,6

1896 4,24

724 62,6

1812 5,16

3. proteini ukupno 4. masti ukupno

g g

13 6,81

12,4 6,41

37 24

16,6 8,98

37,8 20,7

5. ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno

g g

11,1 1,71

11,3 1,61

30,6 4,26

9,93 1,92

31,9 4,44

7. vlakna sirova ukupno

g

4,2

4,1

4

6,01

1,98

hranjive tvari

jed. grašak grašak 150

izolat

pire

graškovo

mjere svježi

osušeni proteina od žuti graška graška 340 366 70

vlakno

kcal

84

2. voda

kJ g

350 79

1421 15

1532 4

230 82

770 10

3. proteini ukupno 4. masti ukupno

g g

5,4 0,4

21,5 1

85 2

4 0,5

10 0

5. ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno

g g

14,5 0,9

60 2,6

2 3

12 0,6

36 2

7. vlakna sirova ukupno

g

5,5

10

-

3,8

42

1. energija

hranjive tvari 1. energija

jed. rajčica pire od mjere svježa rajčice kcal 26 48

kečap 112

184

sok od patlidžan rajčice 21 31

2. voda

kJ g

110 93

205 87

469 70

87 94

129 92

3. proteini ukupno 4. masti ukupno

g g

1 0,2

1,7 0,1

1,5 0,5

0,8 0,1

1,1 0,1

5. ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno

g g

5,1 0,6

10,2 0,9

25 3,1

4,2 1

6,3 0,6

7. vlakna sirova ukupno

g

1,4

2,6

1,2

-

2,5

hranjive tvari 1. energija

jed. crveni bijeli luk osušen poriluk mjere luk luk vlasac crveni luk kcal 35 165 36 28 323

2. voda

kJ g

147 91

689 59

150 90

115 92

1352 3,94

3. proteini ukupno 4. masti ukupno

g g

1,2 0,1

6,4 0,5

2,9 0,2

2,8 0,6

8,96 0,46

5. ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno

g g

7,2 0,5

30 1,5

5,5 0,9

3,8 0,8

83,3 3,39

7. vlakna sirova ukupno

g

1,2

-

2,1

1,7

9,2

hranjive tvari

začinska začinska jed. slatka crvene feferoni paprika- paprikamjere paprika ljutice marinirani slatka ljuta 151

kcal

26

47

314

314

48

2. voda

kJ g

107 94

198 88

1314 2,01

1314 2,01

201 84,06

3. proteini ukupno 4. masti ukupno

g g

1,1 0,3

2 0,2

17,9 2,337

17,9 2,337

1,597 0,179

5. ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno

g g

4,6 0,5

9,5 0,6

68,7 8,41

68,7 8,41

11,72 0,8

1. energija

jed. mjere

kelj

kcal kJ

12 50

11 47

10 43

25 106

35 146

2. voda 3. proteini ukupno

g g

86,3 4,3

89,7 3,3

91,6 2,46

92,1 1,37

85 4,45

4. masti ukupno 5. ugljikohidrati ukupno

g g

0,9 2,97

0,20 2,82

0,28 2,54

0,2 4,57

0,34 3,77

6. minerali ukupno 7. vlakna sirova ukupno

g g

1,7 4,2

1,1 3

0,82 2,94

0,59 2,5

1,4 4,4

hranjive tvari 1. energija

hranjive tvari

jed. kupus mjere crveni

kelj kupus cvjetača prokulice pupčar bijeli

kiseli špinat koraba švedska kupus svjež korijen repa ocijeđen 18 15 15 33

kcal

21

2. voda

kJ g

89 91,8

76 90,7

61 91,6

64 91,6

138 89,3

3. proteini ukupno 4. masti ukupno

g g

1,5 0,18

1,52 0,31

2,52 0,3

1,94 0,1

1,16 0,16

5. ugljikohidrati ukupno 6. minerali ukupno

g g

3,32 0,67

2,37 2,35

0,61 1,51

3,85 0,95

0,85 0,77

7. vlakna sirova ukupno

g

2,5

2,14

1,84

1,44

-

1. energija

hranjive tvari 1. energija

jed. salata salata endivija mjere glavatica ledena kcal 18 14 9 152

radić

Rabarbara

13

14

kJ

76

60

40

53

60

2. voda 3. proteini ukupno

g g

95 1,4

94 1,2

95 1,75

93 1

94,6 0,6

4. masti ukupno 5. ugljikohidrati ukupno

g g

0,2 2,7

0,2 2,1

0,2 0,3

0,15 1,88

0,14 2,72

6. minerali ukupno 7. vlakna sirova ukupno

g g

1,1 1,2

1 1,2

0,9 1,53

0,75 1,16

0,64 3,2

153

TEKSTURA I SENZORSKA SVOJSTVA VOĆA I POVRĆA

Potrošač prvo ocjenjuje, a zatim kupuje Tekstura voća i povrća se izučava u okviru posebnog kursa „Senzorskih analiza hrane“. Cilj ove tematske cjeline je prikazati osnovne elemente pojmova i terminologije, kako bi se u okviru studija i u kasnijoj praksi studenti mogli koristiti stečenim znanjem. Opća svojstava voća i povrća direktno su ovisna o brojnim biološkim, fiziološkim, kemijskim, biokemijskim, genetskim i drugim faktorima. Jedno od svojstava voća i povrća je tekstura. O teksturi voća i povrća najčešće se govori u okviru senzorske analize, mada postoje razlozi kad se promatra samo tekstura kao parametar kakvoće voća i povrća. Tekstura i jeste jedan od senzorskih atributa prehrambenog proizvoda, pored mirisa i okusa. Teksturu kao i senzorska svojstva tehnolozi analiziraju kroz kemiju, strukturu i fiziologiju biljne stanice, odnosno kroz strukturu biljnog tkiva jestivog dijela voća i povrća. Također postoje korelacije kemijskih promjena i teksture voća i povrća. Tekstura svježeg voća i povrća u direktnoj je korelaciji sa stanjem i statusom tkiva. Posebno je značajan turgor biljne stanice i postojanje dinamičke ravnoteže u tkivu odnosno integritet ploda. Količinski u svježem voću i povrću najviše je zastupljena voda dok se njen sadržaj u prerađenim i konzerviranim proizvodima često drastično smanjuje, tako da se mijenjaju ukupna fizičko –kemijska svojstva a time i tekstura. Senzorske analize u prehrambenoj industriji intezivno su se počele razvijati od 1975. g. kada su ustanovljene kao znanstvene metode i kad je formiran Zavod za senzoriku Instituta za hranu USA. Senzorske analize principijelno su subjektivne metode, mada korištene procedure i standardi uz statističku obradu podataka daju relativno realnu sliku kvaliteta proizvoda koji se analizira. Objektivne metode su one koje su mjerljive, tj. mjeri se određen parametar, npr. sadržaj kiselina u voću i povrću daje podatke o kiselosti, sadržaj šećera daje objektivno njegovu slatkoću, mjerenje sadržaja suhe tvari i sl. Senzorska svojstva (u praksi se najčeće govori o organoleptičkim svojstvima) rezultat su kompozicije parametara koji daju konačan efekat. Boja, okus, miris obično nije efekat jedne kemijske tvari, nego nastaje kao kompozicija utjecaja različitih tvari. Npr. na ukus utječe kompozicija ili relativni odnosi sadržaja tvari arome, kiselina, šećera, tanina i sl. Poznavanje utjecaja pojedine komponente na organoleptička 154

svojstva omogućava projektiranje proizvoda sa željenim organoleptičkim svojstvima. S druge strane, senzorskom analizom vršimo ocjenu kvalitete proizvoda. Četiri su osnovna okusa koje percipira ljudski jezik: slatko, slano, kiselo, gorko. Ljudski organi kojima se vrši percepcija su u ovom slučaju „mjerna osjetila“ (oči, jezik, koža, uho) koja u principu reagiraju na intezitet pojedinog senzorskog parametra: boja, okus, miris, sluh, dodir i sl. Signali od „mjernog osjetila“ prenose se putem nervnog sistema a obrada signala vrši se putem emotivono-misaonog procesa koji se odvija u mozgu osobe koja obavlja analizu. Minimum podražaja koje može registrirati to mjerno osjetilo je donji prag, koji se za čulo vida, sluha može mjeriti jer su upitanju elektomagnetni valovi različitih valnih duljina i frekvencije. Kod okusa situacija postaje složenija jer je u pitanju uvijek djelovanje više komponenti istovremeno od kojih neke preovaladavaju (kombinacije slatko – gorko, slano – kiselo, itd.). Aromatičnost, kao i miris i okus se teško mogu mjeriti nekim insrumentima jer su uglavnom

složene

kompozicije

koje

ostavljaju

odgovarajući

utisak

prilikom

konzumiranja. Znanost ide ka tome da se i mirisi mjere i već je relativno široko u upotrebi tzv. elektronski nos. TEKSTURA I REOLOGIJA VOĆA I POVRĆA Kad se govori o teksturi često se koriste termini kao što je reologija, konzistencija, viskoznost, hrskavost, itd. Reologija je disciplina koja se bavi fizikalnim svojstvima namirnica i sirovina od kojih se one dobivaju. Fokus reologije je na deformacijama i kinetici materijala: teksturi, tečljivost, viskoznost, poroznost, plastičnost, elastičnost, žilavost, hrskavost. Tekstura je samo jedno svojstvo koje se promatra u okviru reologije. S druge strane, reologija kao termin više se primjenjuje u proizvodnji kruha i peciva, kao i u konditorskoj industriji jer su zahtjevi u pogledu reoloških promjena procesa sveobuhvatniji i tradicionalno mjerljivi. Osim pojma reologija koristi se pojmovno sličan termin tekstura – skupina fizikalnih svojstava karakterističnih za određeni proizvod koja se mogu opipati prstima ili osjetiti ustima za vrijeme konzumiranja ili osjetiti na drugi način (zvučnim učincima). U teksturu spadaju tvrdoća, viskozitet, ljepljivost, žvakljivost, sočnost, hrskavost, sipkavost, topivost, itd. U teksturu spada i zamućivanje voćnih sokova, želiranje proizvoda na bazi voća i povrća. Ovisno o krajnjoj primjeni, ovisit će i specifični zahtjevi za kvalitetu voća i povrća.

155

Kakvoća pojedinog ploda ovisi o mnoštvu čimbenika, među kojima je i manipulacija plodom nakon branja. Kod većine proizvoda, trajnost se definira kao vrijeme tijekom kojeg proizvod zadržava «prihvatljivu kvalitetu» za dani proizvod do trenutka procesiranja ili konzumiranja. Stoga je važno definirati «prihvatljivu kvalitetu» kako bi se moglo odrediti od kojeg trenutka proizvod ne zadovoljava definirane parametre. U većini zemalja postoje specifični standardi minimalne kvalitete za tržište svježih proizvoda, međutim teži se internacionalnoj standardizaciji stupnjevanja kakvoće. Europska komisija je među prvima razvila internacionalne standarde za svježe voće i povrće (MAFF, 1996a-c). Mnoge spomenute standarde je prihvatila Organizacija za ekonomsku suradnju i razvoj (Organisation for Economic Cooperation and Development, OECD). Standardi kvalitete se baziraju na sljedećim karakteristikama proizvoda: izgled, tekstura i aroma/okus. Za potrošača izgled je najvažniji kriterij kod odabira svježeg proizvoda. Izgled voća i povrća na policama trgovina karakteriziran je ujednačenom veličinom, oblikom i bojom. Vizualnu kvalitetu voća i povrća čini boja i ujednačenosti boje, sjaj, nepostojanje oštećenja i bolesti. Voće za procesiranje ima znatno blaže kriterije u pogledu vanjskog izgleda. Tijekom procesiranja u većini slučajeva se uklanja kora/ljuska sa voća i povrća, stoga vanjski izgled nije od prevelike važnosti, već kvaliteta unutrašnjeg dijela ploda. Veličina i oblik ploda može biti važan kod automatiziranog procesa obrade. Mnoge vrste voća i povrća su tijekom skladištenja podložne promjenama boje, što je posljedica dozrijevanja ili truljena. Nezrelo voće je obično zelene boje, tijekom dozrijevanja dolazi do razgradnje klorofila i nastajanje različitih pigmenata (žuti, crveni, narančasti…). Kod nekih vrsta voća i povrća, boja predstavlja vrlo važan indikator zrelosti i kakvoće (rajčica, banana,…). Drugi indikatori izgleda koji ukazuju na smanjenje kakvoće su gubitak sjaja ili smežuravanje površine, uvenuto lišće (kod lisnatog povrća), te pojava različitih deformacija na i u unutrašnjosti ploda. Opća kvaliteta voća i povrća tijekom konzumiranja uključuje složena teksturalna svojstva koja praktički mjerljiva. Kod povrća se uglavnom zahtjeva hrskavost i tvrdoća tkiva. Tekstura nekih vrsta voća i povrća se mogu prosuditi vizualno, kao što je već prethodno spomenuto, na primjer, ukoliko se proizvod smežurao ili uvenuo. Kod različitih načina procesiranja, kao što je konzerviranje ili smrzavanje, važno je zadržati ne promijenjenu teksturu proizvoda. Tekstura je povezana sa: - vrstom i sortom voća i povrća, te njihovim kemijskim sastavom 156

- stupnjem zrelosti - degradativnim procesima i faktorima koji utječu na njih - vrstom primjenjenog tehnološkog postupka prerade i konzerviranja - količinom i vrstom upotrijebljenih aditiva u procesu proizvodnje, itd.

Stanje zrelosti i boje kod čilija

Promjena boje kod zelenog paradjza Kod voća i povrća značajne su promjene volumena zbog fermentacije ili bubrenja, kao i gubitak turgora uslijed povećane transpiracije kod svježeg voća i povrća. Ovi procesi direktno uvjetuju promjenu atributa teksture. Voće i povrće kao i poluproizvodi, prerađevine i gotovi proizvodi posjeduju određena fizikalna svojstva. Naročito su značajni tečljivost, viskozitet, te mehanička svojstva kao što su tvrdoća, bubrenje i sl. Slatkoća je važna komponenta kvalitete svježeg voća a ujedno je i dobar je indikator stupnja zrelosti. U sektoru prodaje svježeg voća i povrća, slatkoće se određuje, osim senzorski,i mjerenjem sadržaja ukupne topljive suhe tvari u stupnjevima Brix-a. Kod 157

većine voća i povrća najveći dio ukupne topljive suhe tvari čine šećeri, te se stoga sadržaj ukupne topljive suhe tvari koristi kao indikator udjela šećera. Sadržaj ukupne topljive suhe tvari se mjeri pomoću reftraktometra ili hidrometra. Kiselost se osim senzorski, određuje uglavnom titracijom sa pogodnim alkalnim otopinama kao što su NaOH. Standardi za određivanje zrelosti agruma temelje se na odnosu Brix-a prema kiselosti. Gorčina ili neke druge nepoželjne karakteristike voće i povrća ne mogu se brzo i objektivno izmjeriti. Senzorsko ocjenjivanje je najpouzdanije i jedino se koristi u sektoru prodaje svježeg voća i povrća. U laboratoriju, gorke ili opore komponente (uobičajeno fenolni spojeva), mogu se ekstrahirati i odrediti različitim analitičkim tehnikama, npr. HPLC-om. Turgor stanice i tekstura Rang teksture svježeg voća i povrća, obuhvata širok dijapazon svojstava i poželjno je ove pojave objašnjavati terminima specifičnih promjena komponenti stanica biljnih tkiva. Biljne stanice sadrže uvijek više od 2/3 vode. Odnos između sadržaja vode i dinamičke reakcije sadržaja komponenti unutar stanice određuju teksturalne razlike. turgid stanice normalan turgid

Turgiditet stanice. Promatrano potpuno odvojeno od drugih faktora stanje turgiditeta

određeno je osmotskom silom i ima najvažniju ulogu u teksturi svježeg voća i povrća. Stanični zidovi biljnog tkiva imaju različit stupanj elastičnosti i široki dijapazon propustljivosti za vodu, ione i male molekule. Membrana živog protoplasta je semipermeabilna tako da dozvoljava prolazak vode, ali je selektivna u odnosu na rastvorene tvari i suspenzije. Stanične vakuole sadrže većinu stanične vode i šećera, kiselina, soli, aminokiselina, nekih u vodi rastvorljivih vitamina i pigmenata i drugih niskomolekularnih tvari topivih u vodi.

158

turgidna stanica

voda

a

normalan turgid

plazmoliza stanice

voda

voda

b

c

d e Turgid biljne stanice: turgidna (a), normalna (b) plazmolitična (c), turgidno tkivo (d) i plazmolitično tivo (c)

Živi biljke uzimaju vodu pomoću korijena, ona prolazi kroz stanične zidove i membrane i dolazi u citoplazmu protoplasta i u vakuole da bi se uspostavilo stanje osmotske ravnoteže sa stanicama. Osmotski tlak u staničnim vakuolama i osmotski tlak protoplasta stalno vrše pritisak u pravcu staničnih zidova uzrokujući njihovo lagano rastezanje u skladu sa njihovim elastičnim svojstvima. Ovo stanje u biljkama koje rastu i živim dijelovima tkiva voća i povrća je odgovorno za nastajanje punoće i mnoge faktore koji stvaraju svježinu plodova. Kad je biljno tkivo oštećeno ili izumrlo tokom skladištenja, smrzavanja, termičkog tretmana ili drugih razloga jedna od važnih promjena koje se dešavaju je denaturacija proteina. Rezultat toga je gubitak selektivne permeabilnosti stanične membrane. Bez selektivne permeabilnosti stanične vakuole i protoplast ne mogu opstati pa voda i rastvorene supstance slobodno difundiraju van stanice i ostavljaju tkivo u mekanom i uvenulom stanju.

159

Drugi faktori koji utječu na teksturu. U uvjetima visokog stupnja turgora u živoj stanici voća i povrća ili relativnog stanja gubitka osmotskog tlaka konačna tekstura zavisi od nekoliko staničnih konstituenata: ▪ Razine sadržaja celuloze, hemiceluloze i lignina ▪ Razine sadržaja i aktivnosti pektinskih substanci ▪ Uticaja fizioloških-biokemijskih i mikrobiloških procesa ( kontaminacija, zrenje, dozrijevanje i sl. Celuloza, hemiceluloza i lignin. Stanični zid kod tkiva mladih biljaka je tanak i uglavnom sastavljen od celuloze. Starenjem stanični zid postaje deblji a nivo hemiceluloze i lignina raste. Celuloza, hemiceluloza i lignin su biljna vlakna i nisu značajni za probavu u ljudskom organizmu. Pektinske substance. Kompleksni polimeri derivata šećerne kiseline (i njima srodne supstance) predstavljaju pektine, koji se posebno mogu naći u središnjoj lameli biljne stanice. Oni pomažu održanje stanica jedne uz drugu i u vodi su nerastvoljive tvari. Pri blagoj hidrolizi u vodi topivi pektini mogu formirati gel ili viskoznu koloidnu suspenziju sa šećerima i u kiseloj sredini. Određeni u vodi topivi pektini reagiraju sa ionima metala, posebno kalcijevim, i formiraju u vodi nerastvorljive soli kao što su kalcij pektati. Različite pektinske supstance mogu imati utjecaja na teksturu voća i povrća na nekoliko načina. Kada se voće i povrće kuha (termički tretira) određeni u vodi nerastvorljivi pektini hidroliziraju u rastvorljive. Kao rezultat toga nastaje određeni stupanj stanične separacije, tj. razdvajanja unutar tkiva što doprinosi razmekšavanju plodova i promjeni teksture. Mnoge vrste voća i povrća uz prisustvo kiselina i šećera pod utjecajem u vodi topivih pektina nastoje formirati koloidne suspenzije koje ugušćuju sokove ili pulpu. Voće i povrće također sadrži prirodne enzime koji dalje mogu hidrolizirati pektine do tačke kad pektini gube sposobnost formiranja gel stanja. Ovi enzimi su poznati kao pektin metil esteraze. Materijal kao što je sok od rajčice ili pasta od rajčice sadrži obje komponente pektin i pektin metil esterazu. Kod svježe pripremljenog soka od rajčice ili paste od rajčice originalni viskozitet postepeno opada zbog djelovanja pektin metil esteraze na pektinski gel. Ova pojava se može prevenirati ako proizvode od rajčice brzo zagrijavamo do temperature 82 °C (180 °F) pri čemu će se deaktivirati pektin metil esteraza unutar dezintegrirane stanice prije nego se stvori mogućnost hidrolize pektina. Ovaj tretman čest je u praksi i poznat u proizvodnji soka od rajčice. To je tzv. "hotbreak" proces i doprinosi visokoj razini viskoznosti. 160

U suprotnom, kad se pojavljuje potreba za niskom viskoznošću proizvoda onda se ne koristi zagrijavanje i enzimska aktivnost je neophodna. To je "cold-break" proces. Nakon dovoljnog pada viskoziteta i dostizanja željenih svojstava proizvoda može se primijeniti toplinski tretman, kao što je konzerviranje i zaštita za dugoročno skladištenje. Također se često javlja potreba za očvršćavanjem teksture proizvoda od voća i povrća, posebno ako proizvod omekšava za vrijeme prerade. U tom slučaju je potrebno dovesti do reakcije između rastvorenih pektinskih supstanci i Ca-iona koji formiraju kalcijeve pektate. Oni su u vodi netopivi i u biljnom tkivu voća i povrća povećavaju strukturalnu tvrdoću i ukočenost plodova. Zbog toga je česta pojava korištenja u komercijalnoj praksi malih količina kalcijevih soli u rajčicu, jabuke i drugo voće i povrće prije konzerviranja i smrzavanja. Važna teksturalna svojstva voću i povrću daje sastav i sadržaj hidrokoloida, hidrofilnih polimera koji općenito u kemijskom pogledu sadrže veći broj hidroksilnih grupa i mogu biti polielektroliti. Koloidi kontroliraju funkcionalna svojstva. Jedno od najvažnijih svojstava je viskozitet (uključujući tečljivost i stupanj želiranja). Voće i povrće kao i njihove prerađevine su vrlo kompleksne materije. Proizvodi na bazi voća i povrća mogu mijenjati teksturalne atribute, posebno ako im se dodaju supstance – aditivi koji mijenjaju konzistenciju i strukturu hidrokoloida, kao što su: arabinoksilan, karagenan, karboksimetilceluloza, celuloza, želatin, b-glukan, guar guma, pektin, škrob, ksantan guma, itd.

Paradjaz - promjena teksture tokom zrenja 161

Uticaja fizioloških-biokemijskih i mikrobiloških procesa. Sva tri procesa u pogledu promjene teksture voća, povrća i njihovih preradjevina su jako izrazena, a pod uticajem vanjskih i unutranjih faktora. Kod svjezeg voca i povrca smo vidjeli uticaj bakterija, kvasaca, plijesni na kvarenje voa i povrća a time i na promjenu teksture.

Naprimjer uticaj- kontaminacija mucorom

uzrokuje gubitak teksture kod jabuka i krusaka.

Kontaminacija mucorom uzrokuje gubitak teksture kod jabuka i krusaka

Kod svježeg voća usljed mikrobioloških procesa dolazi do promjena tvrdoće ploda tako da se mjerenjem tvrdoće i drugih parametara pomoću analizatora teksture može utvrditi teksturalni status.

Anlizatori teksture u voću i povrću

162

Isto tako pod uticajem kiseonika i enzima dolazi do promjena u svjezem voću i povrću kao što je enzimsko posmedjivanje, ili tokom prerade nastaje dezintegracija tkiva živog sistema voća i povća i time gubitak teksturalnih obilježja. U tehnologiji poslije berbe voća i povrća tekstura može biti značajan pokazatelj tehnološke zrelosti kao naprimjer kod nezrelog voća i povrća: mahune i krastvci, zeleni paradjz ili kod zrelog kako što je paprika, crveni paradjaz i lubenica. Definicija teksture prema BS 5098 Tekstura je osobina hrane nastala iz kombinacije fizičkih svojstava i svojstava koji se opažaju čulima dodira (uključujući kinesteziju i osjećaj u ustima), kao i čulima vida i sluha ( BS 5098). Kinestetski utisci pripadaju teksturi i oni principijelno sačinjavaju slijedeće utiske: ▪ Taktilni, utisci stvoreni dodirom, posebno vrhovima prstiju i jezikom (glatko, hrapavo, itd.). ▪ Kinestetski – nastaje prilikom žvakanja ili lomljenja uzorka rukama (hrskavo, kašasto). ▪ Temperaturni utisak – osjećaj topline ili hladnoće. ▪ Kemistetski utisak koji nastaje kemijsko-fiziološkim nadražajima. Postoje dvije komponente senzorske percepcije teksture: ▪ Fizička struktura (čulo vida i dodira i ostala čula). ▪ Osjećaj koji hrana daje u ustima (mekoća, tvrdoća, lakoća gutanja, žvakanja i sl). Tekstura – sva mehanička, geometrijska i svojstva površine proizvoda koja se opažaju pomoću mehaničkih receptora, receptora dodira i tamo gdje to odgovara, čulima vida i sluha. Mehanička svojstva su ona koja se odnose na reakciju proizvoda na naprezanje. Atributi teksture Atributi opisuju teksturalna svojstva voća i povrća. Opis može biti egzaktni pokazatelj dobiven mjerenjem ili opis riječima na osnovu senzorske anlize. Atributi teksture dijele se na pet osnovnih karakteristika: ▪ tvrdoća, ▪ kohezivnost, 163

▪ viskoznost, ▪ elastičnost i ▪ adhezivnost. Tvrdoća je mehaničko svojstvo teksture koje se odnosi na silu koja je potrebna da dođe do deformacije proizvoda ili prodiranja u proizvod. U ustima se opaža pritiskom proizvoda zubima (čvrsto) ili između jezika i nepca (polu-čvrsto). rb 1 2 3 4 5 6

Stupanj tvrdoće paradjza Vrlo tvrd Tvrd Srednje tvrd Srednje mekan mekan Vrlo mekan

Gubitak soka 0 do 2 % 2 do 5 % 5 do 8 % 5 do 8 % 8 do 10 % više od 10 %

Odredjivanje stupnaj tvrdoće paradjza suladno dobroj praksi, uredjaj za odredjivanje tvrdoće (a), gradacija tvrdoće (b)

Tvrdoća je, u mnogim slučajevima, vrlo dobar pokazatelj u kakvom je stanju tekstura ploda, i može se relativno jednostavno mehanički izmjeriti. Tvrdoća se u nekim slučajevima i vizualno može ocijeniti, na primjer kada je plod uvenuo ili se smežurao. U praksi se često tvrdoća određuje manualnim pritiskom, ovakav način je testiranja zahtjeva dobru uvježbanost osobe. Penetrometar je uređaj sa kojim se mjeri tvrdoća plodova. Penetrometri mjere ukupnu silu potrebnu za probijanje uzorka, (voća ili povrća), pomoću standardne diametarske sonde. Tvrdoća se mjeri i pomoću tenderometra te vibracioni testova. Vibracioni testovi se baziraju na mjerenju karakteristike zvuka pomoću mikrofona ili piezoelektičnih senzora koja prolazi kroz tkivo ploda. Ovom zvučnom metodom se relativno lako može precizno odrediti tvrdoća tkiva bez da se ošteti plod Kohezivnost je mehaničko svojstvo teksture koje se odnosi na stupanj do kojeg proizvod može biti deformiran prije nego što se prelomi. Kohezivnost obuhvata osobine lomljivost, žvakljivost i gumoznost. Lomljivost je mehaničko svojstvo teksture koje se odnosi na kohezivnost i silu koja je potrebna da se proizvod usitni u mrvice ili komade. Ocjenjuje se naglim pritiskanjem proizvoda prednjim zubima ili prstima. Žvakljivost je 164

mehaničko svojstvo teksture koje se odnosi na kohezivnost i vrijeme ili broj žvakova koji su potrebni da se sažvaće čvrst proizvod do oblika spremnog za gutanje. Gumoznost je mehaničko svojstvo koje se odnosi na kohezivnost mekog proizvoda. U ustima predstavlja napor koji je potreban za razlaganje proizvoda do stupnja spremnog za gutanje. Viskoznost je mehaničko svojstvo teksture koje se odnosi na otpor protjecanju. Predstavlja silu koja je potrebna da se tečnost iz kašike prelije preko jezika ili da se raširi preko supstrata. Elastičnost je mehaničko svojstvo teksture koje se odnosi na brzinu vraćanja poslije primjene sile deformacije i stupanj do kojega se deformirani proizvod vraća u stanje prije deformiranja nakon uklanjanja sile deformacije. Adhezivnost je mehaničko svojstvo teksture koje se odnosi na silu koja je potrebna da se ukloni materijal koji prijanja za usta ili supstrat.Geometrijska svojstva su atributi teksture. Geometrijska svojstva su ona koja se odnose na veličinu, oblik i raspored čestica u proizvodu.Svojstva površine su povezana sa osjećajima koji se stvaraju uslijed vlažnosti i/ili sadržaja masti. Mogu biti povezana sa načinom na koji se ovi sastojci oslobađaju u ustima. Na osnovu opisa sastavlja se skala gradacije kvalitativnih svojstava. Većina

atributa

teksture

može

se

mjeriti

jer

su

to

uglavnom

fizičke

veličine.Najjednostavniji načini mjerenja su uporedba sa standardiziranim etalonima. Danas se koriste i instrumenti za mjerenje teksture proizvoda.U okviru senzorskih atributa tekstura se može promatrati po parametrima kao što je konzistencije (kruta, semikruta, meka, tečna, itd.) i forma proizvoda (veličina, oblik, itd.) i po osnovu čula sluha (hrskavost, itd. ).

165

visoki sadzaj šećera

JAKO AROMATIČAN

SLADAK

visoki sadzaj kiselina

niski sadzaj kiselina KISEO

NEUTRALAN

niski sadzaj šećera

Kompozicija okusa kod paradajza i fakori koji učestvuju u njenom formiranju

Konzistencija i tekstura. Često se pod konzistencijom podrazumijeva mogućnost održanja kompaktnosti, cjelovitosti i karakterističnog izgleda proizvoda. Konzistencija je atribut usko povezan sa viskozitetom i stanjem tvari. Tako se može postaviti određena gradacija koja grupira atribute teksture po kriterijima stanja konzistencije za: ▪ homogene tekućine, ▪ heterogene tekućine i semikrute tvari ▪ krute, semikrute i polukrute tvari. Homogene tekućine. Važan atribut je viskozitet a karakterističan je za homogene, Njutnovske tekućine. Odnosi se na stupanj tečenja tekućine pod utjecajem neke sile, kao što je gravitacija. Može se tačno mjeriti i varira od niskog (približno oko l cP (centi poise) za vodu, do 1000 cP za proizvode tipa želea). Viskozitet je karakteristično reološko svojstvo i mjera unutrašnjeg trenja molekula. U prehrambenoj tehnologiji 166

viskozitet ima vrlo važnu ulogu upravo zbog prolaska na liniji punjenja, kod miješanja, itd. Za povećanje viskoziteta u prehrambenoj tehnologiji koriste se pektini, polisaharidne gume, sredstva za želiranje i ugušćivači. Kad počnu bubriti već u malim koncentracijama (0.1-1.0%) izazivaju porast viskoziteta. Kombiniranjem polisaharidnih guma i drugih sredstava za želiranje, učinci u stvaranju viskoziteta mogu se pojačati. Viskozitet se mjeri gustoćom čestica po jedinici volumena, odnosno viskozimetrom. Heterogene tekućine i semikrute tvari. Stupanj i način izražavanja konzistencije i sočnosti heterogenih tekućina i semikrutih tvari vrlo se razlikuju u pojedinim proizvodima. Za ocjenjivanje konzistencije (mekoće) namirnica najširu primjenu ima metoda žvakanja, što znači da se konzistencija utvrđuje u ustima. Pri tome se ocjenjuje, odnosno ovo svojstvo obuhvata slijedeće kvalitete: žilavost,elastičnost, tvrdoća, mekanost i nježnost proizvoda. Relevantne su tri impresije. ▪ lakoća kojom zubi prodiru u namirnicu ▪ lakoća kojom se proizvod tokom žvakanja razdvaja u manje dijelove ▪ količina ostatka pri kraju žvakanja u odnosu na uzeti zalogaj. Ove impresije daju sud o kvaliteti proizvoda i na osnovu njih se proizvod ocjenjuje kao vrlo tvrd,tvrd,osrednje tvrd, malo tvrd, mek i vrlo mek( Pogledati sliku sa tebelom za paradajz).Ovo je povezano sa utisakom o sočnosti također se stječe tokom žvakanja, a čine ga dvije impresije: ▪ na početku žvakanja dojam o sočnosti daje količina ispuštenog soka ▪ produženi osjećaj sočnosti i poslije završenog žvakanja. Produženi osjećaj sočnosti posljedica je djelovanja nekih sokova u pojedinim proizvodima. Ti sokovi potiču lučenje pljuvačke s kojom se sadržaj miješa u skliski zalogaj, bolus. Na impresiju o sočnosti značajan utjecaj može imati sadržaj masti u proizvodu. Ukupna impresija o sočnosti nekog proizvoda zavisi od sadržaja ali i sastava soka u tom proizvodu (bitna su njegova nadražajna svojstva), kao i brzine kojom se taj sok tokom žvakanja oslobađa. Osim u ustima, većina ovih svojstva mogu se ocjenjivati i pipanjem. Krute, semikrute i polukrute tvari. Tekstura krutih, semikrutih i polukrutih tvari može se definirati kao senzorska manifestacija strukture ili unutarnjeg sastava produkta. Tekstura se izražava kao mehaničko svojstvo: tvrdoća, čvrstoća, adhezija (kako se lijepi), kohezija. 167

U ovom smislu tekstura može biti promatrana kao reakcija na pritiskivanje proizvoda i ta se pojava može mjeriti penetrometrom. U tom okviru mogu se promatrati i druga svojstva kao što su: ▪ adhezivnost, ▪ kohezivnost, ▪ gumivost, ▪ gipkost, ▪ elastičnost, ▪ viskozitet. Također se mogu promatrati kao taktilna svojstva proizvoda. Tu se mogu mjeriti geometrija (čestica, kristala, flekica) ili karakteristike sadržaja vlage (vlažljivost, uljivost, vodenost, suhoća). Taktilni pristup podrazumijeva korištenje taktilnih nerava na površini: kože, ruku, usana i jezika.

Opipna svojstva su: suhoća, vlažnost, stupanj

masnoće ili geometrijske čestice. Ponekad se u okviru ovih svojstava izdvaja buka koja se proizvodi tokom žvakanja. Buka je malo, ali ne nebitno senzorsko svojstvo proizvoda. Uobičajeno je mjeriti visinu, jačinu i stalnost zvuka. Visina i jačina zvuka pridonose sveopćoj senzorskoj impresiji. Razlike u visini zvuka nekih hrskavih proizvoda (čips) daju senzorsku informaciju koju koristimo u procjeni svježine ili ustajalosti proizvoda. Ocjena dodira, opipa dijeli se u osjet dodira kožom i osjet pritiskom. U koži na površini se nalaze živci odgovorni za senzaciju: opipa,pritiska, toplog i hladnog. Optička svojstva. Ova svojstva se zasnivaju na osjetu vida, a uključuju ona svojstva koja se mogu vizualno ispitati. Opći indikator skupine je izgled. Svaki trgovac zna da je izgled često jedina karakteristika na kojoj se može bazirati odluka da li nešto kupiti i konzumirati ili ne (poticajna pogreška). Opće karakteristike izgleda su veličina, oblik, tekstura površine, bistrina i boja. Na osnovu bistrine proizvod se može opisati kao ▪ maglovit, ▪ proziran ili neproziran, ▪ prisutnost ili odsutnost čestica vidljivih veličina. Kod nekih pića bitan je stupanj pjenušanja koje se primjećuje tokom lijevanja. Stupanj pjenušanje ocjenjuje se kao: ne pjenuša se (negazirana pića), lagano (voćni napici),umjereno (pivo, sok od jabuka), visoko (gazirana pića, šampanjac). 168

Za veličinu i oblik bitni su duljina, debljina, širina, veličina čestica, geometrijski oblik (kvadratičan, kružni), raspodjela komadića npr. povrća unutar neke salame. Veličina i oblik služe kao indikator defekata. Tekstura površine: bitno je da li je površina mlohava, da li je sjajna, hrapava ili glatka, mokra ili suha, meka ili tvrda, namreškana ili glatka. Boja je fenomen koji uključuje i fizičke i psihološke komponente. Ocjena boje često je važna zato što je kvarenje hrane povezano s promjenom boje.

Odredjivanje boje kod paradajza mjerenjem pomoću kolorimetra

169

Različita teksturalna svojstva paradjza i paprika (sorte i stupanj zrelosti)

Rimski paradajz skala utjecaja sunca na stupanj zrelosti

OCJENA SENZORSKIH SVOJSTAVA VOĆA I POVRĆA I NJIHOVIH PRERAĐEVINA Senzorska analiza predstavlja mjerenje i vrednovanje svojstava namirnica sa jednim ili više čula čovjeka. Senzorska kontrola obuhvata: ▪ planiranje i pripremu, 170

▪ izvođenje ocjenivanja svojstava proizvoda pomoću čula, te njihov opis i ocjena pod standardiziranim uvjetima, ▪ vrednovanje i ▪ statistička obrada podataka. Kada se senzorskoj priključi i analitička kontrola dobiva se kvalitet (upotrebna vrijednost) određenog proizvoda. Senzorske analize su sve više u primjeni jer ne traže skupe hemikalije, a ljdski organi su kvalitetna mjerna osjetila za promjene svojstava voća i povrća, kao i proizvoda od voća i povrća. U budućnosti se očekuje da će se ove metode razvijati a pogotovu istovremena primjena senzorskih analiza sa modernim instrumentalnim metodama. Senzorska analiza je osnova u projektovanju novog proizvoda i važan je segment u definiranju marketingmix-a. Na kraju, važno je napomenuti da svaki student prehrambene tehnologije treba posjedovati određeni minimum senzorske osjetljivosti, jer oko 60% zahtjeva za kvalitet namirnice vezan je za senzorska svojstva. Senzorska analiza se koristi iz razloga ocjene proizvoda radi prihvatljivosti od strane kupaca, ili da se zamisli kakav bi proizvod trebao da bude da bi na osnovu te zamisli mogao da se projektuje proces proizvodnje (Novel food). Senzorski stručnjak treba da formuliše svrhu i ciljeve senzorske analize kao početni korak koji odražava trenutni poslovni plan fabrike kao i ukupne senzorske potrebe. Cilj i svrha senzorske procjene su da: - pruži kvalitetne informacije o senzorskoj procjeni svih proizvoda fabrike i konkurencije - osigurava pomoć ostalih radnika poduzeća (sugerira svima, u svakoj fazi proizvodnje i skladištenja, da obrate pozornost na senzorska svojstva) - osigurava da niti jedan proizvod ne propadne zbog senzorskih svojstava - daje korisne informacije te preporuke o senzorskoj preocjeni proizvoda na vrijeme - razvija metode i postupke za uspoređivanje senzorskih informacija za korištenje u istraživanju proizvoda, nadzoru i osiguravanju kvaliteta - održava skup (pool) osoba, subjekata kvalifikovanih da sudjeluju u širokom opsegu testova

171

- razvija metode koje su jednostavne za pojedine proizvode i metode od opće upotrebe. Na osnovu ovih mogućnosti senzorske procjene, senzorski stručnjak treba da i svrhu koji su primjereni i ostvarivi u određenom vremenskom periodu. Ako cilj i svrha nisu definisani to će umanjiti učinkovitost senzorske procjene i pokopati njeno nezavisno djelovanje unutar preduzeća. S druge strane cilj i svrha ne jamče uspjeh nego uspješan program. Postavljanje kriterijuma. Kriterij za ocjenu senzorskih svojstava postavljaju se na osnovu atributa koji se mogu ocjenjivati npr. atributi kod marmelade: - Boja, zavisno od vrste upotrijebljenog voća. Može se ocjenjivati na osnovu iskustva ocjenjivača. - Okus, treba da je karakterističan na vrsu voća od kojeg potiče. Ne smije se osjećati okus na karamel ili zagorjelost. - Mirs, isto kao i za okus. - Izgled, karakteristične koegzistencije bez izdvajanja vode na površini (sinereza).

172