Glucidele reprezintă una din cele mai răspândite clase de substanţe de natură organică. 1g de glucide furnizează prin ardere în organism 4,1kcal (1kcal = 4,184kJ). Glucidele se formează prin asimilaţia clorofiliană din plantele verzi, glucoza fiind printre primele substanţe care apar în acest proces. Din glucoză, printr -o -o serie de transformări, apar diferite glucide şi în anumite condiţii, grăsimi şi alte substanţe organice. Mono-, di- şi, triglucidele au gust dulce şi solubilizează uşor în apă; glucidele superioare sunt substanţe macromoleculare care se solubilizează foarte puţin (amidonul) sau chiar deloc (celuloza). Deşi proprietăţile lor sunt foarte diferite, glucidele gluc idele sunt foarte înrudite. În funcţie de complexitatea moleculei, glucidele se împart în: monoglucide: - pentoze: arabinoza, xiloza, riboza; - hexoze: glucoza, fructoza, galactoza; oligoglucide: - diglucide: zaharoza, maltoza, lactoza; - triglucide: rafinoza; poliglucide: - amidonul, glicogenul, inulina, celuloza. Pentozele se găsesc sub formă legată în produsele alimentare ca pentozani. Pentozanii intră în categoria fibrelor alimentare alături de celuloză. Poliglucidele sunt substanţe macromoleculare alcătuite din hexoze. În produsele alimentare, glucidele se găsesc repartizate astfel : legume: 1,5 - 5,6 %; fructe: 5 - 17, 18 %; cereale, leguminoase: 50 - 85, 87 %; lapte: 5 - 5,8 %. Hexoze se găsesc în numeroase produse alimentare sub formă de glucoză şi fructoză. În stare liberă se găsesc sub formă de di-, di -, poliglucide. Glucoza predomină în fructe şi în produsele rezultate din cereale. Fructoza se găseşte în stare liberă în fructe, în cantităţi mari în mierea de albine şi în stare condensată în inulină. inulină. Galactoza este o hexoză care se găseşte numai în stare legată în zahărul de lapte. Zaharoza, prin hidroliză, se scindează în glucoză şi fructoză. Diglucidele sunt capabile să se disocieze prin hidroliză pe cale chimică sau enzimatică. Sub acţiunea acizilor, acizilor, zaharoza hidrolizează în fructoză şi glucoză, care dau un gust dulce mai puternic. Zaharoza se găseşte în cantităţi mari (18 - 22 %) în sfecla de zahăr şi în trestia de zahăr (cca. 18 %). Din punct de vedere chimic, nu există nici o diferenţă între zahărul obţinut din sfecla de zahăr sau cel din trestia de zahăr. Diferenţa constă în puritatea cu care este extrasă zaharoza. Maltoza sau zahărul de malţ se obţine prin încolţirea cerealelor sau în timpul prelucrării unor cereale în industria alimentară. Prin Pri n hidroliză formează două molecule de glucoză. Lactoza sau zahărul de lapte, prin hidroliză, formează o moleculă de glucoză şi una de galactoză. Bacteriile lactice fermentează lactoza în acid lactic, pe această însuşire bazându-se bazându-se obţinerea produselor lactate lactate acide. Rafinoza se găseşte foarte limitat în alimente (în rădăcini de cicoare, boabe de porumb). Prin hidroliză formează glucoză, fructoză şi galactoză. Amidonul este cea mai răspândită glucidă. Este alcătuit din două substanţe cu masa
moleculară diferită. Este extras din fecule de cereale sub forma unor granule foarte fine, care se disting la microscop după formă şi dimensiuni, specifice unei anumite plante. Amidonul de orez se foloseşte şi pentru fabricarea produselor cosmetice. Amidonul este alcătuit din amiloză (masa moleculară mai mică, în contact cu apa caldă, hidrolizează) şi amilopectină (masa moleculară mult mai mare, în contact cu apa, peptidează). La cald, amidonul pur conţin (la temperaturi mai mari de 50 - 60ºC). Amiloza se solubilizează şi la temperaturi mai reduse. În Asia de Sud - Est există o specie de orez la care amidonul este alcătuit, în mare parte, din amiloză; aceasta, la fierbere, nu îşi mai menţine integritatea. Se utilizează însă, la fabricarea dulciurilor, produselor de patiserie. Amidonul prezintă următoarele proprietăţi: - îmbătrânirea gelului: în jurul produsului gelificat se formează un lichid apos; - hidroliza în trepte, formându-se dextrine (amilodextrine, eritrodextrine, maltodextrine), maltoză şi, în final, glucoză, în funcţie de dirijarea punctuală a hidrolizei. Dextrinele sunt folosite în alimentaţia sugarilor, copiilor până la trei ani. Hidroliza în trepte nedirijată poate provoca şi apariţia unor proprietăţi necorespunzătoare ce influenţează negativ calitatea produsului alimentar. Conţinutul în amidon al produselor alimentare este variabil: în cereale 55-80%, în leguminoase boabe 20-60%, în cartofi 12-14%, în făina de grâu 70-78%, în pâine 4356%. Glicogenul sau amidonul animal se găseşte în ficatul animal, în ţesutul muscular. Glicogenul se găseşte, de asemenea, în drojdii, ciuperci şi chiar în boabele de porumb din varietatea Zea mays saccharata. Se aseamănă ca structură cu amilopectina, iar prin hidroliză formează –ca şi amidonuldextrine şi, ulterior, maltoză până la glucoză. Inulina se găseşte în rădăcinile de cicoare, tuberculii de nap. Prin hidroliză rezultă numai fructoză. Celuloza se găseşte, sub formă de fibre foarte fine, în toate produsele vegetale. Este alcătuită din glucoză; grupările de glucoză sunt structurate în macromolecula de celuloză, astfel încât aceasta este indestructibilă. Nu este atacată de acizi minerali sau baze. Extrasă din plante textile, se foloseşte de secole la fabricarea veşmintelor din bumbac şi in. Nu are rol activ în nutriţie, ci un rol determinat în favorizarea actului de nutriţie, în digestie, în stimularea tractului intestinal, alături de fibrele alimentare. Este un stimul pentru musculatura netedă a stomacului şi intestinelor, generând mişcările peristaltice. Fibrele alimentare (formate din celuloză, hemiceluloză, substanţe pectice) colectează şi substanţele minerale care sunt expulzate prin catabolism, o dată cu o serie de contaminanţi, poluanţi care pătrund cu alimentele în tractul gastro- intestinal. Glucidele cu moleculă mică (hexoze, diglucide) prezintă o serie de proprietăţi, printre care amintim: - gustul dulce cu intensitate variabilă: zaharoza: 1 (100%); glucoza: 0,74 (74%); fructoza: 1,7 (170%); zahărul invertit: 1,4 (140%); maltoza: 0.4 (40%); lactoza: 0,16 (16%). Se poate modela gustul dulce al alimentelor în funcţie de capacitatea de îndulcire a diverselor glucide şi a altor edulcoranţi. Astfel, sorbitolul şi manitolul prezintă jumătate din puterea de îndulcire a zaharozei. Glicirizina (din lemnul dulce) este folosită pentru obţinerea unor produse zaharoase şi la anumite sorturi de gumă de mestecat. Taumatina,
substanţă neglucidică extrasă din o anumită plantă, are gradul de dulce de 3000 de ori mai mare decât zaharoza. Zaharina şi aspartamul au puterea de îndulcire de 200 de ori mai mare decât zaharoza. De circa 20 de ani s-a reuşit transformarea glucozei în fructoză, folosind o enzimă (biocatalizator), izomerază. Pe această proprietate se bazează utilizarea izosiropului de porumb la obţinerea cremelor pentru produsele zaharoase, a îngheţatei etc. -caramelizarea: procesul de transformare a zaharurilor într-o masă amorfă de culoare galben – cafenie, sub acţiunea temperaturii ridicate; - fermentescibilitatea: capacitatea unor glucide cu moleculă mică de a se transforma sub acţiunea unor microorganisme în alte substanţe: alcool etilic, acid lactic, acid citric etc. Pe această proprietate se bazează industriile de alcool, vin, bere, panificaţie. - higroscopicitatea: ce determină aviditatea la vaporii de apă din atmosferă a unor produse alimentare. Cea mai higroscopică dintre glucide este fructoza, urmează apoi, în ordine descrescătoare, zahărul invertit, glucoza, iar cea mai stabilă glucidă la acţiunea vaporilor de apă atmosferici este zaharoza. În alimentaţia umană, glucidele au o însemnătate deosebit de mare, constituind principala sursă de energie pentru eforturile fizice ale organismului. Deşi grăsimile au o putere calorică de aproape 2½ ori mai mare decât glucidele, consumul lor trebuie să fie limitat, deoarece oxidarea grăsimilor este însoţită într -o anumită măsură de formarea unor compuşi cetonici inoxidabili, nocivi prin acţiunea lor asupra sistemului nervos central. Glucidele sunt implicate în proprietăţile produselor alimentare, în stabilitatea, accepta bilitatea şi specificitatea acestora. Conţinutul de glucide trebuie să fie selectat printre caracteristicile de calitate ale alimentelor. Conţinutul în glucide al produselor alimentare se exprimă frecvent sub formă de zahăr total şi zahăr direct reducător , exprimate în %. Asocierea grăsimilor cu glucide (amidonul din cartofi) nu este indicată, perturbând metabolismul şi ducând la creşterea în greutate dar şi la apariţia bolilor. Însă mâncărurile prăjite sunt ca o otravă pentru organism, în special datorită uleiurilor (grăsimilor) modificate termic.Uleiul încins produce substanţe cu potenţial cancerigen, precum glicidamide, cetone şi acrilamide, substanţe care prezintă risc şi pentru alte boli.
Caramelizarea glucidelor În procesul de prelucrare a materiei prime glucidele sunt supuse unor modificări chimice esenţiale. Ele depind de natura glucidelor, parametrii proceselor tehnologice, compoziţia chimică a alimentelor. Sub influenţa temperaturilor ridicate de 110 .. 200ºC modificările chimice a zaharurilor simple conduc la apariţia culorii brune a produselor alimentare. În general modificările glucidelor pot avea loc în urma reacţiilor de caramelizare, de polimerizare şi de piroliză. Procesul de degradare termică a glucidelor se desfăşoară în medii concentrate cu conţinutul redus de apă liberă. Caramelizarea este un proces fizico-chimic complex de descompunere termică a glucidelor prin deshidratarea lor şi eliminarea unui număr de molecule de apă.
Procesului de caramelizare i se supun pentozele, hexozele, dizaharidele şi polizaharidele. Degradarea termică a glucidelor conduce la formarea compuşilor volatili, ne volatili cu aspect brun, gust amar şi miros specific. Ca regulă, compuşii reacţiei de car amelizare sînt substanţe cu diferită masă moleculară, cu miros specific de caramelă. Procedeele tehnologice care provoacă modificarea termică a glucidelor sunt: prăjirea, uscarea, coacerea, concentrarea, sterilizarea termică. Procesul de caramelizare se desfăşoară în funcţie de parametrii şi durata tratamentului termic, conţinutul glucidelor în alimente, valorile pH, activitatea apei a alimentelor. În urma procesului de caramelizare, în funcţie de activitatea apei, se formează o gamă de compuşi de culoarea brună. Viteza maximală a reacţiilor de caramelizare a pentozelor, hexozelor s-a constatat în compoziţia alimentelor parţial deshidratate cu valorile activităţii apei (aw) de 0,8 ....0,85. In cazul când aw > 0,85 viteza reacţiilor de caramelizare este lentă. In afară de aw procesul de caramelizare depinde de valoarea pH. În medii alimentare cu pH < 6,0 viteza reacţiilor se accelerează. În procesul tratamentului termic a alimentelor în primul rând se supun caramelizării mono- şi dizaharidele: xiloza, riboza, glucoza, fructoza, zaharoza, lactoza. Glucoza cristalină se topeşte la temperatura 85ºC, reacţiile de caramelizare se petrec la temperatura 110ºC. In funcţie de aciditatea mediului şi duratei tratamentului termic, caramelizarea zaharozei se începe la 135ºC, caramelizarea fructozei la 90ºC. Mecanismul reacţiilor de caramelizare este destul de complicat şi se desfăşoară prin mai multe etape. În mod general, caramelizarea zaharozei se desfăşoară in felul următor. La etapa iniţială, dintr -o moleculă de zaharoză, prin pierderea unei molecule de apă, se formează substanţe intermediare decolorate – glucozan şi fructozan. Prin policondensarea lor se formează zaharazan:
C12H22O11 → C6H12O6 + C6H10O5 Zaharoza Glucoza Fructozan C12H22O11 → C6H10O5 + H2O Zaharoza Glucozan C6H10O5 + C6H10O5 → C12H20O10 Zaharazan În continuare două molecule de zaharazan pierd două molecule de H2O şi se transformă în caramelan. În total se elimină 10 ...25 % de apa din masa totală a zaharozei. Concomitent prin reacţii de policondensare a zaharazanului cu caramelanul, şi eliminarea a trei molecule de H2O, se formează substanţă colorată – caramelin:
2 C12H20O10 – 2 H2O → C24H36O18 Zaharazan Caramelan
C12H20O10 + C24H36O18 – 3 H2O → C36H50O25 Caramelin Caramelanul are o culoare galbenă, caramelin – culoare brună. Prin caramelizare mai profundă se formează substanţe guminice polimerizate de culoare neagră şi gust amar (formula generală - C125H188O80). Formarea substanţelor guminice în urma caramelizării glucidelor aduce la pierderea calităţii alimentelor. De asemenea caramelizarea glucidelor şi formarea substanţelor brune are un efect negativ pentru majoritatea alimentelor tratate termic. Concomitent în medii acide ( pH < 6,0 ) se formează compuşi heterociclici care, în principiu, sînt produsele reacţiilor de caramelizare. Caramelele: Sunt produse zaharoase obţinute prin prelucrarea termică a unui amestec de zahăr, sirop de glucoză, lapte, unt sau grăsimi vegetale solidificate, împreună cu alte adaosuri, în vederea particularizării proprietăţilor produselor şi implicit pentru realizarea unui sortiment variat se pot folosi: cacao, ciocolată, cafea, cicoare, extract de malţ, sâmburi, făinuri de fructe. Prepararea masei de caramele se realizează prin încălzire şi malaxare la temperatura de 110 – 130ºC, în funcţie de consistenţa care se urmăreşte să se obţină. Tratamentele termice conduc la inchiderea culorii caramelelor ca rezultat al proceselor de caramelizare. Prin deshidr atarea termică pentozele pierd trei molecule de apă şi se transformă în furfurol. Hexozele (glucoza, fructoza ) se transforma în oximelfurfurol, în urma degradării termice prin eliminarea trei molecule de apă. În procesul tratamentului termic, la temperaturi ridicate de la 80ºC şi mai mari, furfurolul şi 5- oximetilfurfurolul se formează în sucuri concentrate, fructe şi legume uscate, produse prăjite. Cu cât temperatura şi durata tratamentului termic sînt mai mari, concentraţia 5- OMF în alimente devine majorată . Oximetilfurfurolul are culoare brună şi influenţează negativ asupra aspectului, calităţii unor produse finite (produse lactate, produse din fructe, legume). Se consideră, că cantitatea de 5- OMF în alimente este un indicator al calităţii lor. Concentraţia redusă de 5- OMF de 1,0 .... 5,0 mg / kg ,denotă că în alimente sînt pierderi minimale de compuşi termolabile inclusiv a vitaminelor, substanţelor biologic active. Din punct de vedere a influenţei 5- OMF asupra organismului uman s-a constatat că, chiar dacă consumţi în fie care zi 400 mg de 5- OMF, această cantitate nu provoacă acţiuni nocive. De asemenea în procesul de caramelizare se formează şi alte substanţe cu structură ciclică, gust şi miros deosebit. De exemplu, maltol, izomaltol au miros de pâine coaptă şi gust dulce cu proprietăţi senzoriale plăcute. Substanţa 2– H-4- hidroxi-5metilfuran are miros de carne prăjită. Compuşii obţinuţi prin caramelizarea glucidelor se folosesc pentru obţinerea coloranţilor de culoare brună-cafenie care se numesc pigmenţi de caramelă. Ele pe larg se folosesc în calitate de coloranţi naturali pentru formarea aspectului băuturilor răcoritoare (coca-cola, pepsi-cola), pentru bomboane, ciocolate, coniac, ţigarete de tutun şi altele. Amidonul. Structura şi proprietăţile funcţionale
Amidonul constituie cea mai importantă substanţă din partea glucidică a alimentelor. Se conţine amidonul nativ în majoritatea cerealelor şi seminţelor, în materii prime vegetale sub formă de granule ovale, sferice, poligonale. Dimensiunile granulelor variază în limitele 2,0 . . . .150,0 μm. Amidonul este o homopoliglucidă formată din două fracţiuni macromoleculare amiloză şi amilopectină. Formula generală a amidonului ( C6H10O5) n. Granula de amidon prezintă o structură sferocristalină concentrică, cu macromoleculele orientate radial în direcţia nucleului.Fragmentele amilozei şi amilopectinei sînt paralele şi unite între ele prin legături de hidrogen, ce asigură reţinerea şi stabilitatea macromoleculelor. În granulele de amidon conţinutul în amiloză constituie 10 . . .30 %, şi conţinutul în amilopectină 70 ...90 %.
Tabelul 3.5. Conţinutul de amidon în unele specii de materie primă Nr. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Denumirea produsului Cartofi Fasole Grâu Orez Porumb Orz Soia Mere Mazăre verde
Conţinutul de amidon, % 13-25 40-43 52-55 54-58 53-58 34-39 3,4-4,0 0,1-0,6 3,0-3,8
Polizaharidele amidonului sînt formate din resturi de glucoză legate între ele prin legături α–1,4 glicozidice şi legături de ramificaţie α– 1,6. Structura macromoleculei a amilozei este lineară fără ramificaţii, sub formă de spirală. Fiecare spiră conţine 6 resturi de glucoză. Lanţurile de glucoză sînt unite între ele prin legături α– 1,4 glicozidice. Masa moleculară a amilozei variază de la 50 mii până la 2,0 mln. Legătura α -1,4 glicozidică intre resturile de glucoză in molecula de amiloză . Amilopectina, spre deosebire de amiloză, este formată din fragmentele macromoleculelor ramificate cu legături în punctele de ramificare α– 1,6. glicozidice. Lanţurile amilopectinei pot avea diferite numere de ramificaţii spiralate. Un fragment conţine 4 .. 9 spire. Resturile de glucoză iîn catene sînt unite prin legături glicozidice α – 1,4. Masa moleculară a amilopectinei este mai mare de 1 mln. Din caracteristica generală rezultă că părţile componente a amidonului - amiloza şi amilopectina se deosebesc între ele prin conţinutul lor în granule, structura , masa moleculelor, prin proprietăţile fizice şi chimice. Toate aceste caracteristici în ansamblu apreciază proprietăţile specifice polifuncţionale a amidonului. Din totalitatea proprietăţilor funcţionale a amidonului cele mai importante sînt următoare : - capacitatea de gelatinizare şi legarea apei libere în compoziţii alimentare; - capacitatea de gelificare; formarea structurii reologice a alimentelor; - hidroliza amidonului cu formarea compuşilor cu gust dulce ;
- valoarea fiziologică a amidonului în nutriţie – sursă importantă de substanţe plastice şi de energie; - proprietăţile polifuncţionale a amidonului modificat. Capacitatea de gelatinizare şi gelificare. Amidonul nativ sub formă de granule manifestă capacitatea de hidratare care poate fi apreciată ca una din proprietăţile funcţionale importante. Cele alte proprietăţi funcţionale a amidonului sînt legate de descompunerea granulelor in urma tratamentului tehnologic prin metode fizicochimice, chimice, biochimice. Prin descompunerea granulelor de amidon se desfac legăturile între macromoleculele de amiloză şi amilopectină. Iniţierea descompunerii granulelor de amidon se desfăşoară în mediul apos la temperatura de 45 ....58ºC. Iniţial o cantitate de apă se îmbibă şi pătrunde in interiorul granulelor. Volumul granulelor creşte însă integritatea lor se păstrează datorită forţelor de atracţie intre macromoleculele de amiloză şi amilopectină. Cu creşterea temperaturii amidonul continuă se absoarbă apa, granulele se umflă şi pierd conturul lor .Prin urmare structura internă a granulelor se distruge, macromoleculele de amiloză şi amilopectină se hidratează, viscozitatea mediului creşte la un nivel maximal. Descompunerea granulelor de amidon prin tratament termic în medii apoase, urmată de hidratarea amilozei şi amilopectinei, se numeşte gelatinizarea amidonului. În urma gelatinizării se formează o compoziţie omogenă cu viscozitate foarte mare. De exemplu, 5 . .7 grame de amidon gelatinizat, prin hidratarea amilozei şi amilopectinei, leagă 95 - 97 grame de apă. Gelatinizarea amidonului depinde de mai mulţi factori. Activitatea redusă a apei conduce la gelatinizarea limitată a amidonului. De asemenea in soluţii cu concentraţia ridicată de zaharoză viteza de gelatinizare scade. Aciditatea (pH 4 – 7) practic nu influenţează asupra gelatinizării. Viteza maximală a procesului se atinge la pH 10. Descompunerea granulelor de amidon continuă în jurul temperaturii 60...65ºC. Gelatinizarea amidonului este urmată de gelificare Odată cu creşterea energiei termice un număr tot mai mare de legături de hidrogen între macromoleculele amidonului se desfac. Moleculele a amilozei şi amilopectinei se dispersează in apă şi se hidratează. La temperaturi scăzute amidonul gelatinizat se transformă în gel omogen. Hidratarea macromoleculelor dispersate este rezultatul orientării legăturilor libere de hidrogen la formarea structurilor stabile de tip macromoleculă – apă. Descompunerea completă a amidonului are loc la temperaturi ridicate de 100 . .120ºC şi conduce la formarea soluţiilor coloidale. Amidonul gelatinizat se formează în diferite produse alimentare. De exemplu în tehnologia preparării aluatului, obţinerea produselor de panificaţie, prin tratament termic a cartofului, orezului, în procesul de sterilizare a mazărei verde. De asemenea amidonul se foloseşte pentru prepararea diferitelor produse gelificate: sosuri, creme, prepararea salamurilor, produselor din peşte. Prin procesul de gelificare a amidonului se obţin produse de patiserie, creme. La temperaturi inferioare amidonul se foloseşte pentru stabilizarea consistenţei a produselor conservate, îngheţatei. Gelul omogen de amidon prezintă o structură monofazică metastabilă. La păstrare, peste o perioadă de timp, gelul se descompune şi se transformă
într-o compoziţie formată din structură parţial gelificată, precipitat de amiloză şi o cantitate de apă liberă. Cauza principală de degradare a gelului de amidon constă în deshidratarea moleculelor hidratate amiloza-apa. Mecanismul poate fi interpretat prin aprecierea stabilităţii moleculelor hidratate amiloza – apă şi interacţiunii intre macromoleculele de amiloză deshidratate cu formarea asociaţiilor de tip amiloza – amiloza. Ţinând seama de faptul că macromoleculele de amiloză nu au sarcini şi sînt neutre, moleculele amiloza-apa uşor se deshidratează. Moleculele deshidratate de amiloză se acumulează în asociaţii de tip amiloza – amiloza, şi se transferă in structuri polimoleculare sub formă de precipitat. Moleculele de apă se acumulează prin legăturile de hidrogen în apă liberă. Schema procesului poate fi prezentată astfel:
amiloza - apa →amiloza - amiloza + apa liberã ( precipitat ) Concomitent în structura gelului de amidon macromoleculele hidratate de amilopectină sînt destul de stabile în comparaţie cu amiloza, datorită structurii lor ramificate şi masei moleculare mare. Degradarea gelului de amidon are diferite efecte negative: - formarea peliculelor insolubile de amiloză pe suprafaţa gelului fierbinte; - formarea precipitatului de amiloză în compoziţii gelificate; - accelerarea învechirii pâinii şi produselor de panificaţie prin asocierea moleculelor de amiloză şi formarea apei libere. Prevenirea degradării amidonului gelificat este o problemă destul de complicată. In acest scop se selectează amidon în funcţie de proprietăţile fizico-chimice, compoziţia chimică, conţinutul in amiloză. Multe probleme se rezolvă prin utilizarea amidonului modificat cu proprietăţi fizico-chimice determinate. De exemplu, în tehnologia alimentară se obţin produse cu ajutorul amidonului prealabil gelatinizat, amidon esterificat, amidon oxidat, amidon hidrosolubil.
Metode de determinare DETERMINAREA 5-OXIMETILFURFUROLULUI ÎN PRODUSELE ALIMENTARE TRATATE TERMIC Tratarea termică a produselor alimentare în special de origine vegetală, provoacă diferite reacţii chimice( caramelizarea mono- şi dizaharidelor, interacţiunea aminoacizilor şi proteinelor cu zaharurile reducătoare etc. Ca rezultat se formează substanţe de culoare brună, melanoidinele, substanţe de caramelizare, compuşi polimerizaţi. 5- oximetilfurfurolul (5-O.M.F.) se formează în procesele de caramelizare prin mecanismul reacţiei Maillard, acumulându-se în produsele tratate termic. Concentraţia O.M.F. în produse (sucuri concentrate, lapte concentrat, alimente pentru copii, mierea etc.) reflectă nivelul de tratare termică, modificarea culorii şi valoarea nutritivă a alimentelor. De exemplu, dacă concentraţia O.M.F. nu depăşeşte limitele 1,0 -5,0 mg/kg, calitatea produselor se apreciază pozitiv.
Determinarea conţinutului de O.M.F. în alimente. Aprecierea nivelului de modificare a calităţii produselor examinate. Scopul lucrării:
1. Principiul metodei :
Determinarea O.M.F. se bazează pe metoda lui Winkder. O.M.F. în prezenţa acidului butiric şi a p-toluidinei formează o substanţă roşie. Prin metoda calorimetrică , la lungimea de undă 540 nm se determină densitatea optică a complexului colorat, care este folosită la calcularea concentraţiei O.M.F. 2. Reacţii şi materiale
Produs pentru cercetare (suc concentrat, pastă) – 50g.; - acid barbituric, concentraţia – 5 mg/cm3; - p - toluidină; concentraţia – 0,1 g/cm3; - soluţia Karrer (K 4Fe(CN)4 ; concentraţia -0,15 g/cm; - soluţia Zn(CH3COO)2 sau ZnSO4 ; - refractometru ; - fotocolorimetru,pipete de 1 cm3, 2 cm3 ; 5cm3; 10 cm3; 50 cm3; 50 cm3, eprubete cu dop, baloane conice de 100 cm3, pâlnie de sticlă. 3. Modul de lucru
3.1. În produsul iniţial se determină concentraţia substanţelor uscate prin metoda refractometrică. 3.2. Într-un pahar de 50 cm3 se cântăresc 10-15 g de produs cu o precizie de 0,2 g. Proba cântărită se dizolvă cu 20-30 cm3 de apă distilată şi se trece cantitativ într-un balon cotat de 100 cm3 (volumul soluţiei în balon nu trebuie să depăşească 80 cm 3). 3.3. Pentru limpezirea soluţiei în balon cu probă se introduc: - 1,5 cm3 soluţie Karrer; - 1,5 cm3 soluţie de ZnSO4 sau Zn(CH3COO)2 . Amestecul se aduce la cotă cu apă distilată. Substanţele colorate din probă formează un precipitat (polifenoli, proteine). 3.4.După 5-10 minute, soluţia din balonul cotat se filtrează prin filtru de hârtie. Filtratul trebuie analizat fotocolorimetric. 3.5.Fotocolorimetria. În două eprubete (1 şi 2) se introduc câte 3,0 cm3 de filtrat şi câte 5,0 cm3 soluţie de p-toluidină. Soluţiile se agită bine. Apoi în eprubeta 1se introduce 1,0 cm3 apă distilată ( proba martor), iar în eprubeta 2 se introduce 1,0 cm3 de soluţie de acid barbituric. Eprubetele se agită (tabelul 1). Tabelul 1 Pregătirea probelor pentru fotocolorimetrie Nr. ord.
1. 2.
Denumirea componentelor
Eprubeta 1 Eprubeta 2 Proba Proba pentru martor, cercetare, cm3 cm3 3,0 3,0
Produsul diluat şi filtrat Soluţia p - toluidină 5,0
5,0
3. 4.
Soluţia acid barbituric Apă distilată 1,0
1,0 -
3.6.Proba martor din eprubeta 1 şi proba pentru cercetare (eprubeta 2) se introduc în 2 cuvete de 10mm. Se fotocolorimetrează la lungimea de undă 540 ± 10 nm.
Atenţie! Determinarea densităţii optice a soluţiei de cercetare se efectuează timp de 2-3 min,, înregistrând valoarea maximă a densităţii optice. După 3-4 minute complexul roşu al O.M.F. se descompune şi densitatea optică scade brusc. Pentru calcularea concentraţiei O.M.F. trebuie de luat valoarea maximă a densităţii optice. 4. Modul de calcul Concentraţia O.M.F. în produs se calculează cu ajutorul relaţiei (1): O.M.F. = 0,066 x 1000 unde:
(1)
- O.M.F. este concentraţia 5-oximetilfurfurolului în produs, mg/dm3; - 0,066 – cantitatea de O.M.F. mg/ml din curba de etalon; - D – densitatea optică maximală a probei de cercetat; - Vo - volumul iniţial al produsului dizolvat ( V o= 100 cm3); - V1 – volumul de soluţie al produsului folosit pentru fotocolorimetrie, cm3; - G – masa probei a produsului, g
În caz dacă proba produsului nu a fost dizolvată cu apă distilată, concentraţia O.M.F. în produs se calculează în baza relaţiei (2): O.M.F.= 0,666 x
1000
(2)
5. Interpretarea rezultatelor În baza datelor experimentale se fac concluzii referitor la influenţa tratamentului termic asupra conţinutului de 5-oximetilfurfurol în produsele alimentare.
DETERMINAREA CANTITĂŢII DE APĂ LEGATĂ ÎN PRODUSE VEGETALE În fructe şi legume conţinutul global de apă constituie 90-95%. În materia primă conţinutul apei este variat, în limitele de la 5% până la 90%. Apa se află în stare liberă şi legată. Apa legată are un rol important, influenţând activitatea apei, stabilitatea biochimică şi microbiologică a produselor. Scopul lucrării: Determinarea apei legate şi apei libere în produsele vegetale. 1.Principiul metodei Metoda se bazează pe procesele de osmoză ale ţesutului vegetal în soluţii hipertonice de zaharoză. În rezultatul difuziei apei libere din proba vegetală examinată, concentraţia soluţiei de zaharoză se reduce. Diferenţa dintre concentraţia soluţiei după procesul de osmoză se determină prin metoda refractometrică. Apa legată se menţine în
ţesutul vegetal şi poate fi identificată prin diferenţa dintre apa totală şi cea liberă, care a trecut în soluţie. 2.Aparate şi reactivi Balanţă tehnică; aparatul Cijov, pentru determinarea rapidă a apei totale din probă; refractomeru; baloane conice de 100-200 cm3; baghete de sticlă; hârtie de filtru; exicator; produse vegetale: legume, fructe; soluţie de zaharoză 25-30%. 3. Modul de lucru 3.1. Pregătirea probei pentru analiză. Produsul iniţial se taie sub formă de felii cu grosimea de 1-2 mm sau se mărunţeşte cu ajutorul răzătorii. Masa totală a probei mărunţite trebuie să fie 15,0-20,0g. Proba se omogenizează. O parte (10 g ) este utilizată pentru determinarea conţinutului în apă legată, restul - pentru determinarea conţinutului total în apă. 3.2. Cu ajutorul refractometrului se determină concentraţia iniţială a zaharozei (C, %). 3.3. În două baloane conice se introduc câte 25 cm3 soluţie de zaharoză. Baloanele se cântăresc până şi după introducerea soluţiei cu o precizie de 0,01 g., pentru a cunoaşte cu precizie masa soluţiei de zaharoză introduse. 3.4. În fiecare balon se introduc suplimentar câte 4-5 g din proba pregătită prealabil. Balonaşele se cântăresc cu precizia de 0,01 g. Diferenţa dintre masa balonului cu proba în soluţie şi masa balonului cu probă constituie masa precisă a probei luată pentru analiză (mg). 3.5. Baloanele cu probă prealabil agitate se lasă în repaus 1, 5 ore. În acest timp apa liberă a probei sub influenţa presiunii osmotice trece în soluţia de zaharoză. Are loc diluarea soluţiei de zaharoză. 3.6. Determinarea apei totale în mostrele examinate se efectuează prin uscarea probei cu ajutorul aparatului Cijov – metoda rapidă (prezentată în anexă). Concentraţia apei totale în probă se exprimă prin W t, %. 3.7. După 1,5 ore conţinutul baloanelor se agită cu bagheta de sticlă, se lasă în repaus 1-2 minute. Cu ajutorul refractometrului se determină concentraţia soluţiei de zaharoză. 4. Modul de calcul Cantitatea apei libere în produsele vegetale se calculează din relaţia: X=,
(1)
unde: X este conţinutul apei libere în produs, % Co – concentraţia iniţială a soluţiei de zaharoză, % C1 - concentraţia soluţiei de zaharoză după tratarea probei, %; M - masa soluţiei de zaharoză utilizată, g m – masa probei produsului, g Cantitatea apei legate se calculează prin relaţia: Wl = W t – X ,
(2)
unde: Wl este conţinutul apei legate în produs, % Wt - conţinutul apei totale, % X – conţinutul apei libere,% Se efectuează câte 3 determinări în ambele probe. Rezultatul final reprezintă media aritmetică a datelor obţinute.
5. Interpretarea rezultatelor În baza datelor experimentale se fac concluzii referitor la cantitatea de apă liberă şi legată în produsele vegetale.
DETERMINAREA COLORANŢILOR NATURALI ŞI SINTETICI ÎN PRODUSELE ALIMENTARE Culoarea alimentelor reprezintă o caracteristică importantă din punct de vedere tehnologic, comercial şi nutritiv, jucând un rol important în aprecierea calităţii produselor alimentare. Ea depinde de conţinutul pigmenţilor (clorofilă, caroteni, antociane, polifenoli), conţinutul de coloranţi naturali şi sintetici. În industria alimentară sunt utilizaţi atât coloranţi naturali, cât şi sintetici. Utilizarea coloranţilor sintetici în industria alimentară este reglementată de normele sanitare ale organizaţiei Codex Alimentarius. Ei nu trebuie sa fie toxici, şi să nu constituie un risc pentru sănătate. Scopul lucrării: Identificarea coloranţilor naturali şi sintetici în produsele alimentare 1. Principiul metodei: Metoda se bazează pe proprietăţile proteinelor a fibrelor de lână de a absorbi coloranţii sintetici, pe când cei naturali nu sunt absorbiţi. 2. Materiale şi reactive: produse alimentare ( sucuri, băuturi alte produse colorate); acid clorhidric (HCl, d20 = 1,19, diluat 1: 9 v/v soluţie de K 2SO4, 10%; soluţie de NaOH, 5%; soluţie de NH4OH, 5%; fibre de lână special preparate pentru analiză o o o o o o
Degresarea fibrelor de lână
Fibrele de lână naturală se degresează cu eter (temperatura de 40 -60 o C) în aparatul Soxlet . Trebuie de efectuat 25-30 de sifonări. Lâna se usucă, apoi timp de câteva
minute se tratează termic în soluţie de NaON. După aceea lâna se spală atent cu apă şi o uscăm din nou la aer. Nu se recomandă de atins cu mâna fibrele de lână. 3. Modul de lucru: Pregătirea probei pentru analiză
3.1. Pentru analiză se iau 30-40 cm3 de produs şi se determină valoarea pH la ionometrul ЭВ- 76. În caz dacă produsul este concentrat, atunci pentru analiză se iau numai 10-15 cm3 şi se diluează cu apă distilată până la volumul de 30-40 cm3. 3.2. Dacă valoarea pH –ul soluţiei a fost mai mic decât 6-7, proba se neutralizează cu amoniac (5%) până la valoarea pH-ului 7,0. Neutralizarea se efectuează în felul următor. În soluţie se introduc electrozii ionomerului . Cu ajutorul unei biurete se adaugă soluţia NH4OH până când pH-ul atinge valoarea 6,7-7,0. Soluţia se agită permanent. 3.3. După neutralizare în soluţie se introduc 5 ml de K 2SO4 . Paharul cu soluţie se încălzeşte până la fierbere în baia de apă. În soluţie se introduce o porţiune de fibre de lână degresate în prealabil. Se lasă în repaus 5 minute. 3.4. Peste 5 minute fibrele se extrag din soluţie şi se spală bine cu apă rece. . Se analizează culoarea fibrelor. Prezenţa coloranţilor sintetici este indicată prin colorarea lânii. 3.5.Soluţia din care au fost extrase fibrele de lână se acidulează cu 3-4 picături de HCl, până la pH-ul 3,0-5,0. În soluţie se introduce altă porţiune de fibre. Se lasă în repaus 10 minute. 3.6. După 10 minute, lâna se extrage, se spală şi se examinează culoarea ei. Se fac concluzii asupra colorării lânii în mediul acid. Prezenţa coloranţilor sintetici în produsele alimentare este indicată de colorarea lânii. Coloranţii bazici se fixează mai bine pe fibrele de lână în mediu neutru sau slab alcalin. Coloranţii acizi se fixează în medii acide, însă pot fi fixaţi slab şi în medii neutre. Dacă coloranţii sunt naturali, atunci lâna rămâne necolorată.
4.Interpretarea rezultatelor În baza datelor experimentale se fac concluzii referitor la natura coloranţilor.
DETERMINAREA GRADULUI DE ESTERIFICARE A SUBSTANŢELOR PECTICE Substanţele pectice sunt heteropoliglucidele polimerice alcătuite din resturile moleculelor a acidului D- galacturonic: unite între ele cu legături 1,4-glicozidice: În macromolecula pectinei numărul grupărilor carboxilice (-COOH) şi a celor carboxilice metoxiate (-COOOCH3) este variabilă. În funcţie de conţinutul grupărilor –COOH şi -COOOCH3 pectinele se împart în două grupe: pectina slab esterificată (metoxilată) - conţinutul grupărilor carboxilice (-COOH) este mai mare de 44% din numărul total de grupări carboxil şi (-COOOCH3). pectina puternic esterificată, conţine mai mult de 44% de grupări metoxilate (COOOCH3).din numărul total al grupărilor carboxil.
Raportul dintre conţinutul grupărilor carboxilice şi carboxilice metoxilate (COOH /-COOOCH3) determină proprietăţile fizico-chimice ale pectinei: capacitatea de gelificare, absorbţia metalelor grele etc. Scopul lucrării: determinarea gradului de esterificare, metoxilare a substanţelor pectice 1. Principiul metodei: Gradul de esterificare a pectinei (%) se stabileşte prin raportul volumului de NaOH, care se utilizează pentru determinarea grupărilor –COOH şi – COOCH3. Determinarea grupărilor – COOH se efectuează prin titrarea soluţiei de pectină cu NaOH în prezenţa indicatorului Hinton. Grupările –COOH se determină în primul rând – COOH prin procesul de saponificare a pectine: Numărul grupărilor – COONa, care s-au format în procesul de saponificare se determină prin a doua titrare a soluţiei de pectină cu NaOH. 1. Materiale şi reactivi Vase conice Erhenmezer de 300 cm3 -2; baghete de sticlă -2; biuretă cu volum de 50 cm3-2, pipetă gradată 100 cm3 -1; pahar Berzelius de 100 cm3, hidroxid de sodiu (NaOH), 0,1 mol/dm3; acid clorhidric (HCl), 0,1 mol/dm3, indicator Hinton, pectină praf rafinată, alcool etilic 96%. 3. Modul de lucru Determinarea grupărilor carboxilice în pectină
La balanţa analitică se cântăresc două probe de pectină rafinată a câte 0,3…0,5 g. Probele se trec cantitativ în vase conice de 300 cm3. Pentru a preveni formarea granulelor de pectină, proba se umectează cu câteva picături de alcool etilic de 96%. În fiecare vas cu proba de pectină se adaugă câte 100 cm3 apă distilată. Conţinutul se agită şi se lasă în repaus 30 minute. 1. După repaus vasele se încălzesc până la temperatura de 40-60 o C şi agităm soluţia până la dizolvarea completă de pectine. 2. În soluţie se introduc câte 6 picături de indicator Hinton. Soluţiile de pectină se titrează cu NaOH (0,1 mol/l) până la apariţia culorii roze, care este stabilă cel puţin 30 secunde. Conţinutul grupărilor carboxilice in moleculele pectinei se calculează din relaţia: K c = x 0,45
(1)
Unde: K c este cantitatea grupărilor carboxilice, %; V1 – volumul soluţiei NaOH folosite pentru titrare, cm3; G – masa probei de pectină luată pentru analiză, g; 0,45 – cantitatea de grupări – COOH (1,0 cm3 de NaOH corespunde 0,0045 g de grupări – COOH a pectinei prin titrare ). Determinarea grupărilor carboxilice metoxilate
În soluţia de pectină care a fost utilizată pentru determinarea grupărilor carboxilice libere, se introduc câte 50 ml NaOH 0,1 mol/l. casele conice se astupă cu dopuri. Mostrele se lasă în repaus 60 minute la temperatura camerei, pentru săpunificarea grupărilor carboxilice metoxilate.
După aceea în soluţia de pectină se adaugă din biuretă câte 50 ml de HCl 0,1 mol/l. Soluţiile se agită. Apoi titrăm cu NaOH 0,1 mol/l pentru a neutraliza excesul de HCl. Volumul de soluţie NaOH, care a fost utilizat la a doua titrare (V2), corespunde cantităţii grupărilor esterificate (K e) în proba analizată de pectină şi se calculează astfel: Ke = x0,45 unde Ke - conţinutul grupărilor esterificate sau metoxilate, %; V2 – volumul de soluţie NaOH 0,1 mol/l utilizat pentru a doua titrare, ml ; G – masa probei de pectină, g. Conţinutul total al grupărilor carboxilice libere şi esterificate în pectina cercetată se determină cu ajutorul formulei : K t = K c + K e
(3)
unde K t este conţinutul total al grupărilor carboxilice, %. Gradul de metoxilare al pectinei se calculează astfel: Me =x 100 (4) unde Me – gradul de metoxilare al pectinei, % Gradul
de
esterificare
al
pectinei
se
stabileşte
din
relaţia : E=
(5)
unde E - gradul de esterificare al pectine, % V1 - volumul soluţiei de NaOH 0,1 mol/l utilizat la prima titrare,ml; V2 - volumul soluţiei de NaOH 0,1 mol/l utilizat la a doua titrare,ml; 4.Interpretarea rezultatelor Din datele obţinute se determină media aritmetică a gradului de esterificare al pectinei. Se fac concluzii referitor la gradul de esterificare a substanţelor pectice.
BIBLIOGRAFIE: 1. http://209.85.129.132/search?q=cache:XYckOzs1d7AJ:library.utm.md/lucrari/Tipogra fia/53/3.DOC+metode+de+determinare+a+degradarii+termice+a+glucidelor&cd=3&hl=r o&ct=clnk&gl=ro 2.http://www.contabilizat.ro/file/cursuri_de_perfectionare/management_si_marketing/Ba zele%20merceologiei/CAPITOLUL%202.pdf 3. http://www.healthy.ro/articol/Dieta-alimentatie/75/slideshow/3/.html 4.http://library.utm.md/lucrari/Tipografia/134/Chimia_Produselor_Alimentare_DS.pdf
