М.А. Николаева Теоретические основы товароведения (2007 г.). М.А. Николаева Теоретические основы товароведения (2007 г. Учебник для вузов Рекомендовано Учебнометодическим объединением по образованию в области товароведения и экспертизы товаров и Учебнометодическим
 Скачать 5.34 Mb.
|
|
тканей, шерсти и т. п. По усвояемости белки подразделяют на усвояемые (белки мышечных тканей, молока, яиц, круп, овощей и т. п.) и трудноусвояемые (эластин, коллаген, кератин и т. д.). Содержание полноценных и неполноценных белков имеет значение лишь для пищевых продуктов, так как обусловливает их биологическую ценность. Для непродовольственных товаров этот критерий оценки белков несущественен. В соответствии с формой и структурой молекул различают глобулярные и фибриллярные белки. Глобулярные белки имеют свернутые в компактные шарики глобулы сферической или эллипсоидной формы. Большинство из них растворимы в воде, причем вязкость их растворов невелика. К глобулярным белкам относятся белки крови — гемоглобин, альбумин, глобулин, лактоальбумин, а также лактогло- булин молока и др. Фибриллярные белки образуют длинные волокна (фибриллы). Они плохо растворимы или совсем нерастворимы в воде. При растворении в воде эти белки образуют растворы высокой вязкости. К ним относятся белки покровных и соединительных тканей, костей, хрящей, волос, шерсти, перьев; фиброин натурального шелка. Деление белков на глобулярные и фибриллярные условно, поскольку наряду с ними существует большое число белков с промежуточной структурой. Макромолекулы белков имеют сложное строение. Различают четыре уровня организации белковых молекул: первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Первичной структурой называется последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, соединенных амидной связью. Вторичная структура относится к типу укладки полипептидных цепей, чаще всего в виде спирали, витки которой удерживаются водородными связями. Под третичной структурой по- нимают расположение полипептидной цепи в пространстве. У многих белков эта структура образуется из нескольких компактных глобул, называемых доменами и связанных тонкими перемычками — вытянутыми полипептидными цепями. Четвертичная структура отражает способ объединения и расположения в пространстве макромолекул, состоящих из нескольких не связанных ковалентными связями полипептидных цепей. Между этими субъединицами возникают водородные, ионные и другие связи. Изменение рН, температуры, обработка со- лями, кислотами и т. п. приводит к диссоциации макромолекулы на исходные субъединицы, но при устранении указанных факторов происходит самопроизвольная реконструкция четвертичной структуры. Более глубокие изменения структуры белков, включая и третичную, называются денатурацией. Белки содержатся во многих пищевых продуктах: растительного происхождения — зерномучных, плодоовощных, мучных кондитерских товарах и животного происхождения — мясных, рыбных и молочных товарах. В ряде пищевых продуктов белки либо совсем отсутствуют, либо их содержание ничтожно мало и не имеет существенного значения в питании, хотя может влиять на выпадение осадка или помутнение (например, в соках, винах). К непродовольственным товарам, содержащим белки, относятся в основном изделия из природных материалов животного происхождения: шерсти, меха, кожи. В очень небольшом количестве белки могут содержаться и в природных материалах растительного происхождения (хлопок, лен, конопля, древесина), а также минерального происхождения как результат попадания в них умерших растений и животных (глины и изделия из них, торф, уголь, нефтепродукты и т. п.). По содержанию белков все товары можно подразделить на следующие группы. 1. Высокобелковые товары (50—85% белка): меховые, шерстяные, кожаные изделия, натуральный шелк (одежда, обувь, сухие белок и желток и т. п.). 2. Среднебелковые товары (10—49%): мясо, рыба и продукты их переработки, сыры, молочные консервы, искусственная кожа на основе натурального сырья, зерномучные товары, орехи. 3. Низкобелковые товары (0,2—9%): большинство плодоовощных товаров, кроме орехов, мучные кондитерские товары, карамель и конфеты с ореховыми и молочными начинками, молоко, сливки, мороженое, кисломолочные напитки, сметана, сливочное масло, маргарин, животные жиры, чай, кофе, шоколад, отдельные косметические изделия на белковом сырье и др. 4. Товары, не содержащие белки (0% или следы) — большинство непродовольственных товаров, кроме вышеуказанных, вспомогательные товары, алкогольные, безалкогольные и сла- боалкогольные напитки, рафинированные растительные масла, сахаристые кондитерские изделия, кроме упомянутых ранее. Из приведенной классификации видно, что основную массу высокобелковых товаров составляют непродовольственные товары животного происхождения, в которых белки выполняют защитные функции. В пищевых продуктах, даже сухих, верхний предел содержания белка не превышает 85%. Но любая классификация и ее группировки, а также критерии отнесения к определенным группам несколько условны и относятся к конкретному множеству. Свойства. Физико-химические свойства белков определяются их высокомолекулярной природой, компактностью укладки полипептидных цепей и взаимным расположением аминокислот. Молекулярная масса белков варьирует от 5 тыс. до 1 млн. В растворах белки амфотерны. Боковые группы аминокислотных остатков способны вступать во многие реакции, в том числе цветные, что позволяет определить наличие отдельных аминокислот в белках или сами белки. В продовольственных товарах наибольшее значение имеют следующие свойства: энергетическая ценность, ферментативный и кислотный гидролиз, денатурация, набухание, мелано- идинообразование. Энергетическая ценность белков равна 4,0 ккал на 1 г. Однако для организма человека более важна биологическая ценность белков, определяемая содержанием незаменимых аминокислот. Поэтому на энергетические цели белки используются в последнюю очередь. Ферментативный и кислотный гидролиз белков происходит под воздействием протеолитических ферментов и соляной кислоты желудочного сока. Благодаря этому свойству усвояемые белки используются организмом человека, а образующиеся при гидролизе аминокислоты участвуют в синтезе белков организма человека. Гидролиз белков происходит при брожении теста, производстве спирта, вин и пива, квашеных овощей, а также при микробиологических процессах порчи (гниении, плесневе- нии и др.). Денатурация белков происходит путем обратимых и глубоких необратимых изменений в структуре белка. О б р а т и м а я де- натурация связана с изменениями в четвертичной структуре, а н е о б р а т и м а я — во вторичной и третичной структурах. Де- натурация происходит при действии высоких и низких температур, обезвоживании, изменении рН среды, повышенной кон центрации Сахаров, солей и других веществ, при этом улучшается усвояемость белков, но утрачивается способность к растворению в воде и других растворителях, а также к набуханию. Процесс денатурации белков является одним из наиболее значимых при производстве многих пищевых продуктов и кулинарных изделий (выпечке хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, квашении овощей, молока, засолке рыбы и овощей, сушке, консервировании сахаром и кислотами). Набухание, или гидратация, белков — их способность поглощать и удерживать связанную воду, увеличивая при этом объем. Это свойство положено в основу приготовления теста для хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, при производстве колбасных изделий и др. Сохранение белков в набухшем состоянии является важной задачей многих содержащих их пищевых продуктов. Утрата белками водоудерживающей способности, называемой синерезисом, вызывает старение белков муки и круп, особенно бобовых, черствение хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. Меланоидинообразование — способность аминокислотных остатков белков взаимодействовать с редуцирующими сахарами с образованием темноокрашенных соединений — меланоидинов. Это свойство наиболее активно проявляется при повышенных температурах и рН от 3 до 7 при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, пива, консервов, сушеных плодов и овощей. В результате изменяется цвет продуктов от желто-золотистого до коричневого разных оттенков и черного, при этом снижается и биологическая ценность продуктов. При производстве и хранении непродовольственных товаров наибольшее значение имеет денатурация белков при дублении кож, выделке шкур, а также ферментативный гидролиз под действием микроорганизмов, приводящий к разрушению белков шерсти, кожи, мехов и в конечном счете к утрате механической прочности и возникновению различных дефектов (выпадению меха, разрыву тканей, кожи и т. п.). Кроме того, важное значение имеет низкая теплопроводность белков, обусловливающая теплозащитные свойстйЬ шерстяных, меховых и кожаных изделий. Ферменты — биополимеры белковой природы, являющиеся катализаторами многих биохимических процессов. Основная функция ферментов — ускорение превращений веществ, поступающих, или имеющихся, или образующихся при обмене веществ в любом биологическом организме (человека, животных, растений, микроорганизмов), а также регулирование биохимических процессов в зависимости от изменяющихся внешних условий. В зависимости от химической природы макромолекул ферменты подразделяют на одно- и двухкомпонентные. Одноком- понентные состоят только из белка (например, амилаза, пепсин и др.), двухкомпонентные — из белка и небелковых соединений. На поверхности молекулы белка или в специальной щели находятся активные центры, представленные совокупностью функциональных групп аминокислот, непосредственно взаимодействующих с субстратом, и/или небелковые составляющие — коферменты. К последним относятся витамины (В,, В 2 , РР и др.), а также минеральные вещества (Си, Zn, Fe и т. п.). Так, к железосодержащим ферментам относятся пероксидаза и ката- лаза, а к медьсодержащим — аскорбатоксидаза. По рекомендации Международного биохимического союза в зависимости от типа катализируемой реакции ферменты подразделяют на следующие шесть классов, которые в свою очередь делятся на подклассы и подподклассы: оксиредуктазы — ферменты, катализирующие окислительно- восстановительные реакции путем перенесения ионов водорода или электронов, например, дыхательные ферменты пероксидаза, каталаза; трансферазы — ферменты, катализирующие перенос функ- циональных групп (СН 3 , СООН, NH 2 И Т . П .) ОТ ОДНОЙ молекулы к другой, например, ферменты, катализирующие дезамини- рование и декарбоксилирование аминокислот, образующихся при гидролизе белков сырья (зерна, плодов, картофеля), что приводит к накоплению высших спиртов при производстве этилового спирта, вин и пива; гидролазы — ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление связей (пептидной, гликозидной, эфирной и др.). К ним относятся липазы, гидролизирующие жиры, пептида- зы — белки, амилазы и фосфорилазы — крахмал и др.; лиазы — ферменты, катализирующие негидролитическое от- щепление групп от субстрата с образованием двойной связи и обратные реакции. Например, пируватдекарбоксилаза отщеп ляет от пировиноградной кислоты С0 2 , что приводит к образованию ацетоальдегида как промежуточного продукта спиртового и молочнокислого брожений; изомеразы — ферменты, катализирующие образование изомеров субстрата путем перемещения кратных связей или групп атомов внутри молекулы. Например, с помощью изоме- раз осуществляется перевод 1,6-глюкозофосфата в 2,5-фрукто- зофосфат — одна из реакций фосфоролиза крахмала в растениях; лигазы — ферменты, катализирующие присоединение двух молекул с образованием новых связей. Например, под действием лигаз происходит присоединение к молекуле глюкозы или фруктозы остатка фосфорной кистоты от аденозинтрифос- фата (АТФ) с образованием глюкозофосфата или фруктозофос- фата. Значение ферментов. В неочищенном виде ферменты с древнейших времен используются при производстве многих продовольственных товаров (в хлебопечении, спиртовой промышленности, виноделии, сыроделании и т. д.). Потребительские свойства ряда товаров в значительной мере формируются в процессе особой операции — ферментации (черный, красный, желтый чай, табак, какао-бобы и др.). Очищенные ферментативные препараты начали применять в XX в. при производстве соков, чистых аминокислот для лечения и искусственного питания, удаления лактозы из молока для продуктов детского питания и т. д. При хранении пищевых продуктов ферменты способствуют созреванию мяса, плодов и овощей, но могут вызвать и их порчу (гниение, плесневение, ослизнение, брожение). Ферменты играют определенную роль при производстве и хранении непродовольственных товаров: при обработке кож, льняных и конопляных волокон, а также при биоповреждениях микроорганизмами (плесневении, гниении). Управление ферментативными процессами при производстве и хранении товаров происходит на основе знания свойств определенных ферментов. Свойства. Ферменты обладают высокой каталитической ак- тивностью, благодаря чему небольшое количество их может ак- тивизировать биохимические процессы огромных количеств субстрата; специфичность действия, т. е. определенные фер менты действуют на конкретные вещества; обратимость действия (одни и те же ферменты могут осуществлять распад и синтез определенных веществ); мобильность, проявляющаяся в изменении активности под воздействием различных факторов (температуры, влажности, рН среды, активаторов и инактива- торов). Для каждого из указанных свойств характерны определенные оптимальные диапазоны (например, в диапазоне температур 40—50 °С отмечается наибольшая активность ферментов). Любые отклонения от оптимального диапазона вызывают снижение активности ферментов, а иногда и их полную инактивацию (например, высокие температуры стерилизации). На этом основаны многие методы консервирования продовольственного и непродовольственного сырья. При этом происходит частичная или полная инактивация собственных ферментов сырья и продукции, а также микроорганизмов, вызывающих их порчу. Для инактивации ферментов продовольственного сырья и товаров при хранении применяют разнообразные физические, физико-химические, химические, биохимические и комбинированные методы. Для непродовольственного сырья, материалов и товаров возможности применения методов консервирования ограничены. Для большинства из них используются обезвоживание и химические методы (например, при дублении кожи, выделке меха — дубящие вещества, для парфюмерно- косметических товаров — консерванты: этиловый спирт и др.). Полифенолы — биополимеры, в состав макромолекул которых могут входить фенольные кислоты, спирты и их эфиры, а также сахара и другие соединения. Эти вещества встречаются в живой природе только в клетках растений. Кроме того, они могут содержаться в древесине и изделиях из нее, торфе, буром и каменном угле, нефтяных остатках. Наибольшее значение полифенолы имеют в свежих плодах, овощах и продуктах их переработки, включая вина, ликеро-на- ливочные изделия, а также в чае, кофе, коньяке, роме и пиве. В указанных продуктах полифенолы влияют на органолептические свойства (вкус, цвет), физиологическую ценность (многие из этих веществ обладают Р-витаминной активностью, бактерицидными свойствами) и сохраняемость. В непродовольствен ных товарах (в основном в древесине и изделиях из нее) поли- фенолы влияют, по-видимому, на сохраняемость, предупреждая гниение и другие виды микробиологической порчи. К полифенолам, содержащимся в товарах растительного происхождения, относятся дубильные (таниды и катехины), а также красящие вещества (флавоноиды, антоцианы, меланины и др.) 1 Синтетические органические полимеры — высокомолекулярные соединения, полученные из мономеров с применением хи- мического синтеза. Основными реакциями получения этих полимеров служат полимеризация и поликонденсация. Мономерные звенья данных полимеров чаще всего представлены остатками молекул ациклических и циклических углеводородов, а также простых эфиров. В зависимости от состава основной цепи макромолекулы все полимеры подразделяют на гомоцепные и гетероцепные. Гомоцепные полимеры — высокомолекулярные соединения, основная цепь которых построена из одинаковых атомов. Раз- новидностью таких полимеров являются карбоцепные полимеры с основной цепью из атомов углерода: ...-С-С-С-С-С-С-С-...; Атомы углерода могут быть связаны между собой, с атомами водорода или с какими-либо другими атомами и группами. Карбоцепные полимеры подразделяются в зависимости от природы мономеров на полимеры предельных углеводородов и их производные; галогенопроизводных предельных углеводородов; спиртов и их эфиров, ацеталей, альдегидов и кетонов; аминов и нитросоединений; карбоновых кислот и их производных (эфиров); непредельных углеводородов; галогенопроизводных непредельных углеводородов; ароматических углеводородов. П о л и м е р ы п р е д е л ь н ы х у г л е в о д о р о д о в — высокомолекулярные соединения, состоящие из мономеров — ос- татков предельных углеводородов. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полиизобутилен, полистирол (поливинилбензол), поливинилферроцен и др. 1 Более подробно об этих веществах см.: Николаева М. А. Товарове- дение плодов и овощей. М.: Экономика, 1990. П о л и м е р ы г а л о г е н о п р о и з в о д н ы х п р е д е л ь н ы х у г л е в о д о р о д о в состоят из мономерных звеньев предельных углеводородов (винила, этилена) и атомов хлора или фтора. Они представлены поливинилхлоридом, хлорированным поливинилхлоридом, поливинилиденхлоридом, поливинилфто- ридом, политетрафторэтиленом и др. П о л и м е р ы с п и р т о в и и х э ф и р о в — соединения мономерных звеньев из винилового или аллилового спиртов, а также их эфиров. Наиболее важными представителями являются поливиниловый и полиаллиловый спирты, поливинилэти- нилкарбинол, поливииилацетат, поливинилкарбонат, поливи- нилформаль, поливинилбутираль и др. П о л и м е р ы а м и н о в и н и т р о с о е д и н е н и й — это высокомолекулярные аминосоединения. Наибольшее распространение среди них имеют производные поливиниламина: по- ливинилкарбазол, поливинилпирролидон, поливинилпиридин. П о л и м е р ы к а р б о н о в ы х к и с л о т и и х э ф и р о в — высокомолекулярные соединения, представленные преимущественно полиакриловой и полиметакриновой кислотами, а также их эфирами, в основном метильными. П о л и м е р ы н е п р е д е л ь н ы х у г л е в о д о р о д о в ( д и е - н о в ы е п о л и м е р ы ) — соединения, построенные из гибких макромолекул и состоящие из мономеров — непредельных уг- леводородов. Характерным признаком этих полимеров является высокая эластичность, сохраняемая даже при низких (ниже 0 °С) и высоких температурах. Большинство из них не способны к кристаллизации. К полимерам непредельных углеводородов относятся натуральный каучук, гуттаперча и большинство синтетических каучуков. Эти полимеры включают полибутадиен, полиизопрен и различные сополимеры бутадиена и полиизопрена. П о л и м е р ы г а л о г е н о п р о и з в о д н ы х н е п р е д е л ь н ы х у г л е в о д о р о д о в — соединения, состоящие из мономерных звеньев хлоропрена и алломера этилена и пропилена (полихлоропрен и полиалломер). В зависимости от условий полимеризации из хлоропрена могут быть получены три вида каучука, отличающиеся по потребительским свойствам. П о л и м е р ы а р о м а т и ч е с к и х у г л е в о д о р о д о в — соединения, полученные путем введения ароматических ядер в основную цепь полимера. Это приводит к повышению жесткости цепи полимера, повышению температуры его плавления и понижению растворимости. К таким полимерам относятся по- лифенилен, полиметиленфенилен и полиэтиленфенилен, фе- нолформальдегидные полимеры. Гетероцепные полимеры — высокомолекулярные соединения, основная цепь которых состоит из двух и более атомов, например, углерод и кислород, углерод и азот. Основная цепь этих полимеров может быть представлена следующим образом: ...—N—С—С—С—С—С—N—С—С—С—С—С—N—... . Гетероцепные полимеры могут быть не только органическими, но и неорганическими (последние рассмотрены ранее). Органические гетероцепные полимеры подразделяются на полимеры, содержащие кислород, азот, серу и элементооргани- ческие соединения. П о л и м е р ы , с о д е р ж а щ и е к и с л о р о д — соединения, полученные полимеризацией окиси этилена и ее производных или альдегидов и кетонов. Они делятся на простые полиэфиры (полиэтиленоксиды, полифениленоксиды) и поли- ацетали (полиметиленоксид, полиацетальдегид), сложные полиэфиры (полиэтилентерефталат, полиарилаты и др.), полиок- сибензоаты (пропантерефталат, поликарбонат и др.). П о л и м е р ы , с о д е р ж а щ и е а з о т — соединения, состоящие из остатков молекул аминокислот, дикарбоновых кислот и диаминов. К ним относятся синтетические полиамиды (поликапроамид или капрон, полиэнантоамид и т. д.), ароматические полиамидооксалаты, полигидразиды и др. Эта подгруппа очень многочисленна, а свойства отдельных полимеров — специфичны. П о л и м е р ы , с о д е р ж а щ и е с е р у — соединения, мономерные звенья которых включают атомы серы. К ним относятся простые тиоэфиры, полисульфиды и полисульфоны. Э л е м е н т о о р г а н и ч е с к и е п о л и м е р ы — соединения, в состав которых наряду с углеводородными группами входят неорганические элементы (например, кремний, цинк и др.). В зависимости от наличия неорганических соединений в основной цепи различают следующие органические полимеры: к р е м н и й о р г а н и ч е с к и е ( п о л и с и л о к с а н ы ) , а л ю - м и н и й о р г а н и ч е с к и е ( п о л и а л ю м о к с а н ы ) , т и т а н - о р г а н и ч е с к и е ( п о л и т и т а н о к с а н ы ) и о л о в о о р г а - н и ч е с к и е . Все указанные полимеры обладают высокой тер- мостойкостью. Кремнийорганические полимеры представляют ценность как электроизоляционные материалы, алюминийор- ганические — как связующие для приготовления термостойких красок и специальной обработки текстильных материалов, а титанорганические — используются в оптике и в качестве по- верхностно-активных веществ. |