Химические превращения алиментарных компонентов пищи в процессе ее хранения

Привет, Вы узнаете о том , что такое порча пищевых продуктов, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое порча пищевых продуктов , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Пищевая химия.

Все пищевые продукты состоят из первичных биоматериалов, которые со временем неизбежно изменяются из-за воздействия разнообразных внешних и внутренних факторов. Ухудшение качества пищевых продуктов в процессе хранения предотвратить невозможно, но
можно замедлить химические и биохимические процессы, приводящие к нежелательным изменениям качественных характеристик пищи
(внешнего вида, цвета, запаха, консистенции, вкуса, питательной ценности) путем подбора рецептуры, способа технологической обработки,
упаковки, условий хранения и транспортирования. Период, в течение
которого продукт перестает удовлетворять хотя бы одному из вышеперечисленных критериев, обычно называют сроком хранения.

Одной из причин снижения качества пищевых продуктов является их порча. Испорченный пищевой продукт неприемлем для потребителя, так как может привести к болезни, а иногда и к смерти
человека. Поэтому в пищевой технологии применяется понятие
«срок годности» – период времени, в течение которого пищевой
продукт является безопасным для потребителя при условии применения его в соответствии с назначением. Процессы, приводящие
как к ухудшению качества, так и к порче пищевых продуктов, могут
быть классифицированы по трем основным группам (таблица):

• – физические;
• – химические;
• – микробиологические.

таблица Виды и факторы, приводящие к плохому качеству и порче пищевых продуктов

Между видами порчи существует некоторая корреляция, выражающаяся в том, что порча, вызванная протеканием процессов
определенного типа, может способствовать развитию порчи другого типа. Ниже приведена более подробная характеристика видов
порчи и ухудшения качества пищевых продуктов.

6.1. Ухудшение качества и порча пищевых продуктов , вызываемая физическими факторами

К физическим процессам ухудшения качества пищевых продуктов относятся:

• – механические повреждения;
• – миграция влаги, или массообмен компонентов пищевого продукта;
• – температура хранения, температура стеклования;
• – относительная влажность окружающей среды;
• – кристаллизация влаги, сахарозы, жира.

Примеры механических повреждений пищевых продуктов:
– свежие фрукты и овощи. При транспортировании, сбыте, в
результате падения происходят ушибы, от степени которых данные
продукты могут изменить цвет (повреждается клеточная структура
и проявляется неферментативное потемнение), потерять влагу в месте ушиба, из-за нарушения целостности поверхностного слоя (воскового), внутрь растительной ткани проникают различные микроорганизмы, что приводит к порче и неприемлемости употребления
фруктов и овощей потребителями;
– сухие продукты. При неаккуратной перевозке и погрузочноразгрузочных работах возможна ломка этих продуктов, что приводит к их некондиционности. Правильно спроектированная система
упаковки, защищающая от вибрации и механических повреждений
при перевозке и погрузочно-разгрузочных работах, способна минимизировать механическое повреждение сухих продуктов.
В результате миграции влаги, или массообмена компонентов
пищевого продукта, происходит:
– как потеря, так и увеличение его влажности;
– образование некондиционных экземпляров и инициация химических и микробиологических процессов порчи;
– изменение активности воды (аw) вследствие переноса влаги
под воздействием градиента химического потенциала.
Например, в хлебобулочных изделиях миграция влаги вызывает
черствение, обусловленное перераспределением влаги мякиша (высокая аw) в корку (низкая аw). Это приводит к сухому, твердому и ломкому мякишу и более жесткой и менее хрустящей корке. В многокомпонентных продуктах (сухие завтраки с кусочками фруктов, мучные
и кондитерские изделия с влажной начинкой) миграция влаги способствует ухудшению потребительских свойств (потеря хрустящей консистенции, увлажнение мучной части изделия) вследствие разных
значений активности воды (аw) отдельных компонентов. Потери влаги
свежими фруктами и овощами, особенно листовыми, хранящимися
на воздухе, вызывает их увядание и быстрое старение.
Влияние температуры на ухудшение качества и порчу пищевых продуктов можно продемонстрировать на следующих примерах. Так, качество фруктов и овощей зависит от интенсивности
дыхания и оптимального температурного диапазона хранения.
Во время созревания ряда фруктов происходит увеличение продукции этилена, который является эффективным регулятором роста растений (ускоряет созревание большинства культур). Поэтому его полное устранение или снижение позволяет регулировать данные
биохимические процессы. Многие фруктовые и овощные культуры
чувствительны к повреждениям при медленном понижении температуры, когда продукт не полностью заморожен (повреждаются растительные клетки, что приводит к порче продукта). Тропические
фрукты и овощи чувствительны к охлаждению при температуре от 5
до 15°С перед замораживанием, поэтому возникают такие дефекты,
как точечная коррозия, размокание, обесцвечивание, развитие посторонних запахов, ускоренное старение или созревание (перезрелость).
На срок хранения ряда пищевых продуктов значительное влияние оказывает изменение температуры стеклования Тg (температура, при которой «стекловидное» или хрупкое состояние продукта
меняется на «резиноподобное» или мягкое). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Температура, при которой происходит стеклование продукта, зависит от содержания в нем
влаги и форм ее связи. Например, крекеры должны быть хрустящими, однако при нарушении режимов относительной влажности
воздуха в процессе хранения они впитывают влагу (Тg понижается)
и подвергаются стеклованию, становясь вязкими и влажными. Хлебобулочные изделия, наоборот, склонны терять влагу, становясь
«стекловидными», т. е. твердыми и хрупкими. Колебания температуры вокруг Тg влияют на скорость протекания многих реакций:
– при Т > Тg влага подвижна и скорость химических реакций,
ограниченных диффузией, обычно подчиняется кинетике WilliamsLandel-Ferry (представляет собой эмпирическое уравнение, связанное с суперпозицией время – температура);
– при Т < Тg влага менее мобильна, и скорости реакций обычно
значительно ниже.
Для сухих порошков последствием стеклования является комкование, обусловленное впитыванием ими влаги, они становятся
аморфными, слипаются и образуют комки.
Для глубоко замороженных продуктов потеря влаги сопровождается так называемым «морозным ожогом» – обезвоживанием
вследствие испарения или сублимирования влаги с поверхности
продукта. Поэтому такие продукты необходимо хранить в герметичной упаковке.

Кристаллообразование – еще одна причина ухудшения качества пищевых продуктов. Рост кристаллов льда в замороженных
продуктах приводит к появлению зернистой текструры (например,
в мороженом). Образование кристаллов происходит вследствие
медленного замораживания или повторных холодильных циклов.
При быстром замораживании образуются мелкие кристаллы внутри
клеток, являющиеся более стабильными, чем крупные кристаллы, образующиеся при медленном замораживании. Однако и это может
привести к повреждению структуры клеток и началу ферментативных реакций. Для предотвращения этих процессов добавляют влагосвязывающие вещества, минимизируя образование крупных кристаллов, поддерживают температуру хранения ниже точки стеклования,
при этом влага менее подвижна и не перераспределяется.
Подобные процессы происходят при кристаллизации сахарозы
в продуктах с высоким содержанием сахара, когда некристаллический или «стекловидный» сахар подвергается стеклованию, вследствие поглощения влаги и роста температуры. В «резиноподобном»
состоянии сахар может кристаллизоваться и выталкивать влагу,
примером чего может служить сахарная вата, которая при высокой
влажности приобретает зернистость; сахарное поседение шоколада, вызванное хранением шоколада во влажной среде, что приводит к конденсации влаги на его поверхности (молекулы сахарозы
диффундируют из внутренних слоев продукта на поверхность, придавая ему серый или белый цвет). Считается, что кристаллизованный сахар является одним из факторов порчи сахарных кондитерских изделий и образования «зерен» в конфетах и мороженом.
Другой тип кристаллизации – миграция и рекристаллизация
жира (какао-масла) в шоколаде – жировое поседение шоколада, характеризуемое белесым сальным налетом. Одним из основных способов предотвращения этого дефекта является темперирование шоколада (происходит кристаллизация какао-масла в полиморфную
структуру надлежащего размера и формы). Однако неправильное
ведение этого процесса может привести к образованию недостаточно стабильных форм кристаллов жира, и вероятность появления
жирового поседения увеличивается. Жировое поседение может
быть связано и с частичным плавлением и повторным охлаждением
шоколада, истиранием поверхности, использованием несовместимых жиров или быстрым охлаждением с образованием трещин.

Также примером кристаллообразования является разрушение
эмульсии в таких продуктах, как маргарин, майонез и салатные заправки (дрессинги). Нестабильность эмульсии происходит вследствие ошибки в выборе эмульгатора, который не сможет обеспечить получение соответствующей степени дисперсности фаз
(размера частиц). Молекулы эмульгатора (например, лецитина,
входящего в состав яичного желтка) адсорбируются на поверхности частиц, снижая поверхностное натяжение, поскольку обладают
как гидрофобными, так и гидрофильными свойствами. Эмульсионная стабильность достигается:
– если силы притяжения (Ван-дер-Ваальса) уравновешены с силами отталкивания (электростатическими или пространственными
взаимодействиями). Эти частицы препятствуют коалесценции частиц масла, т. е. расслаиванию эмульсии;
– путем увеличения вязкости непрерывной фазы.
Дестабилизация эмульсий происходит из-за нарушения режимов их образования (чрезмерная вибрация), потери эмульгатором
своих свойств в результате частичного замораживания или под воздействием очень высоких температур.
Таким образом, физические факторы чаще всего ухудшают
качество хранящихся пищевых продуктов и вместе с тем могут
инициировать процессы их химической или микробиологической порчи.

6.2. Порча пищевых продуктов, вызываемая химическими процессами

Причиной порчи пищевых продуктов являются также и химические реакции, или реакции деградации их химических компонентов (белков, жиров, углеводов). Скорость этих химических реакций
зависит от активности воды (аw) продукта, температуры хранения
Тg (температуры стеклования), рН, воздействия света, присутствия
кислорода. Для каждой реакции существуют оптимальные условия
протекания. Образующиеся в результате реакций продукты влияют
на внешний вид, цвет, запах, вкус и (или) текстуру пищевого продукта, а также его химический состав и степень опасности для здоровья потребителей.

Катализаторами этих реакций являются ферменты и кислород
воздуха. Известно, что ферментативная активность мала в продуктах с низким значением активности воды, особенно, если этот показатель меньше уровня влаги мономолекулярного слоя. Существует много ферментов, которые взаимодействуют с различными
ингредиентами пищевых продуктов, вызывая ухудшение их качества и порчу. Например, протеолитический плазмин выдерживает
температуру пастеризации молока и при его хранении вызывает
расщепление молочных белков, коагуляцию и гелеобразование.
Другие протеолитические ферменты способствуют расщеплению
белков мяса, в результате оно приобретает кашеобразную консистенцию. Ферментативная порча фруктов и овощей приводит к потемнению и размягчению тканей. Эти реакции катализируются
фенолоксидазами, ферментами, вступающими в реакцию с фенольными соединениями и кислородом с образованием пигментов коричневого цвета. Фенолоксидазы активируются при механических повреждениях ткани фруктов и овощей (удар, резка, удаление кожуры).
Разрушение пектина во фруктах и овощах под действием пектиназы и
полигалактуроназы вызывает размягчение растительной ткани. Порча
жиров под действием липолитических ферментов (ферментативного
гидролиза) происходит во многих липидсодержащих продуктах (орехах, сухофруктах, мясе, молочном порошке, кофе, маргарине) и активизируется под воздействием света, тепла, микроэлементов (в частности, меди и железа). Ингибиторами ферментативной порчи жиров
являются токоферолы, лимонная кислота, экстракт розмарина и др.
Помимо ферментативной порчи, белки, жиры и углеводы подвергаются окислению. Так, миоглобин и оксимиоглобин мяса при
наличии доступного кислорода окисляются и преобразуются в метмиоглобин (красный цвет становится коричневым); неферментативное потемнение (реакция Майяра) приводит к образованию летучих веществ и темных пигментов, что выражается в золотистокоричневом цвете некоторых пищевых продуктов, изменении их
текстуры, снижении пищевой ценности (быстро расходуется лизин).
Кислород взаимодействует с ненасыщенными жирными кислотами, что приводит к изменению цвета, образованию посторонних
запахов и даже токсичных веществ. Кислород может быть растворен в масле, других жидких пищевых ингредиентах, находиться в
свободном пространстве упаковки или проникать сквозь нее во
время хранения.

Рассмотрим более подробно окислительную порчу липидов
молочных продуктов. Установлено, что в процессе длительного
хранения молока при низких температурах, а также под воздействием светового излучения с длиной волны менее 500 нм в продукте возникают окисленные привкусы – «картонный» и «солнечный», которые иногда сопровождаются металлическим, рыбным и
салистым привкусами, которые обусловливаются образованием
альдегидов (этаналя, пропаналя, метионаля, пентакаля и др.), метилкетонов и спиртов. Предотвращению появления окисленного
привкуса в молоке способствуют снижение степени механического
воздействия при хранении, устранение действия света, внесение в
молоко аскорбиновой кислоты (в количестве 25–50 мг на 1 кг),
β-каротина, низина, пастеризация при высоких температурах и гомогенизация молока.
Образование пероксидов, альдегидов, кетонов, оксикислот и других соединений при окислении липидов масла из коровьего молока
при хранении приводит к снижению его качества, биологической
ценности и возникновению пороков вкуса и запаха – салистого,
прогорклого, рыбного, металлического и олеистого. Скорость и
направленность процесса окисления, а следовательно, и стойкость
сливочного масла при хранении зависят от многих факторов. К ним
относятся: химический состав, структура масла, объем и состав
плазмы, ее дисперсность, содержание в масле воздуха, металлов,
хлорида натрия, молочной кислоты, естественных и синтетических
антиоксидантов, вид упаковочных материалов, температура хранения. Химический состав молочного жира значительно влияет на
стойкость масла при хранении, особенно содержание в нем полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой и арахидоновой). Масло, выработанное из весеннего молока, чаще всего нестойко при длительном хранении. Окислительная порча масла
протекает, главным образом, на границе фаз жир – вода, жир – воздух. Следовательно, стойкость масла при всех прочих условиях зависит от степени диспергирования влаги (плазмы) и содержания в
нем воздуха. С увеличением степени диспергирования влаги устойчивость масла к процессу окисления снижается. Масло, выработанное методом преобразования высокожирных сливок, характеризуется наиболее тонким распределением влаги. Поэтому в процессе
хранения при низких отрицательных температурах (минус 18°С)
оно менее устойчиво, чем масло, полученное сбиванием сливок, характеризующееся более крупными каплями плазмы. Однако оно обладает повышенной устойчивостью при более высоких минусовых
(минус 5°С) и плюсовых температурах, когда имеют место не только
химические, но и ферментативные процессы. К факторам, влияющим на стойкость масла при хранении, относится содержание в нем
антиокислителей (антиоксидантов), задерживающих окисление
жира. Масло летней выработки, богатое естественными антиокислителями (токоферолами, β-каротином), более стойко при хранении,
чем масло, выработанное зимой. Для повышения стойкости масла
при длительном хранении необходимо снижать загрязненность сливок и масла медью и железом, вносить антиокислители, предохранять его от контакта с воздухом, светом, влагой, применять в качестве упаковочных материалов полимерные и комбинированные
материалы, обладающие газо-, свето- и влагонепроницаемостью.
Окисление липидов сухих молочных продуктов является одним
из видов порчи, которое приводит к ухудшению их органолептических свойств и снижению биологической ценности. Окисленный, салистый и другие привкусы могут быть вызваны большим содержанием в продукте воздуха (более 0,1%), свободного жира (выше 9%),
солей меди и железа (более 10 мг/кг сухого вещества молока). Количество воздуха в сухих продуктах обусловлено размерами частиц, содержанием дестабилизированного жира в сырье. Количество воздуха и содержание свободного жира в сухих молочных
продуктах зависят от режимов сгущения, распыления и сушки, скорости охлаждения продукта после выхода из сушильной башни,
вида упаковки, температуры хранения и влажности окружающего
воздуха. Устойчивость сухих молочных продуктов к окислению
можно повысить путем внесения антиоксидантов, а также осуществления гомогенизации сгущенных продуктов перед сушкой,
хранения их в атмосфере азота.

Отдельной проблемой, возникающей при хранении пищевых
продуктов, является лабильность витаминов. Считается, что потери витаминов за время хранения продуктов очень велики и в некоторых случаях достигают 90%. Наибольшие потери этих эссенциальных нутриентов происходят при хранении овощей и фруктов.

Кислород воздуха, повышение температуры и относительной влажности окружающего воздуха способствуют разрушению витамина C
и отчасти витамина A. Так как витамин C является наименее стойким, то те мероприятия, которые способствуют его сохранению, в
значительной степени сохраняют также и другие витамины, содержащиеся в пищевых продуктах. Поэтому соблюдение надлежащей
и постоянной температуры и относительной влажности, использование регулируемой газовой среды в местах хранения этого растительного сырья, а также определенной продолжительности хранения являются основными способами замедления распада
витаминов в фруктах и овощах.
Известно, что мясо и продукты его переработки являются одним из источников витаминов группы В, устойчивость которых при
хранении этих продуктов зависит от способа технологической переработки. Например, в замороженном мясе витамины группы В сохраняются длительное время, а продолжительное хранение мясных
консервов приводит к значительным их потерям. В масле из коровьего молока и сырах, хранящихся в холодильниках, инактивация витамина A происходит крайне медленно, однако окислительная порча
(прогоркание) масла способствует разрушению этого нутриента.
При обобщении информации о влиянии химических процессов, происходящих в процессе хранения пищевых продуктов, на их
качество и безопасность следует сделать вывод о том, что во многих случаях начало этих процессов связано с физическими факторами. Также необходимо добавить, что результатом действия ферментов и кислорода воздуха на нутриенты, обусловливающие
пищевую ценность продуктов, является ухудшение их качества, а
затем и непригодность для употребления вследствие образования
вредных для здоровья человека соединений.

6.3. Порча пищевых продуктов, вызываемая микроорганизмами

Так как микробиологическая порча пищевых продуктов – это
объект изучения других учебных дисциплин, в данной подглаве приведены лишь общие сведения. Очевидно, что большинство пищевых
продуктов содержат разные виды микроорганизмов, являющихся их
естественной микробиотой, специально введенной полезной микробиотой (закваски, хлебопекарные, спиртовые и винные дрожжи) или болезнетворными микробами, попавшими в продукты в результате
нарушения технологических режимов, несоблюдения производственной санитарии и личной гигиены. Среди естественной и болезнетворной микробиоты возможно присутствие микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов, к которым относятся
некоторые бактерии, дрожжи, плесневые грибы, вирусы и микопаразиты. В результате их жизнедеятельности в пищевых продуктах
подвергаются изменениям следующие нутриенты:

• – белки и аминокислоты, которые разлагаются протеолитическими бактериями до аммиака, сероводорода, углекислого газа;
• – углеводы, которые под действием диких дрожжей, молочнокислых, уксуснокислых, пропионовокислых бактерий превращаются в этиловый спирт, молочную, уксусную и пропионовую кислоты и другие соединения;
• – липиды из-за действия липолитических микроорганизмов окисляются до окисных и перекисных соединений.

Микробиологическая порча пищевых продуктов может быть
обнаружена визуально, а в некоторых случаях для доказательства ее существования необходимы лабораторные исследования.
При этом урон от действия микроорганизмов порчи выражается не
только в огромных потерях продовольствия, но и в значительных
затратах на лечение отравившихся испорченной пищей людей и
другие меры, связанные с исключением источника заражения. В современной пищевой технологии существуют разные способы
предотвращения микробиологической порчи пищевых продуктов:
санитарно-гигиенические мероприятия, применение барьерных
технологий, использование специальной упаковки и др.
При подводении итога всему вышесказанному, необходимо
еще раз отметить, что для обеспечения потребителей качественным
и безопасным продовольствием важным является знание всех процессов, происходящих с пищевыми веществами при хранении в
разных условиях окружающей среды.

Исследование, описанное в статье про порча пищевых продуктов, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое порча пищевых продуктов и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Пищевая химия