№41. 2 «Формирование специализированного химического класса, обеспечивающего профессиональную ориентацию учащихся средней школы в области прикладной биотехнологии и производства здоровых продуктов питания»

Вид материала

Документы

Содержание 16 с., 7 источников Полученные результаты Лекция №1 Роль органической химии в пищевой промышленности Лекция № 2 Функциональные продукты питания Функциональные продукты питания Функциональное питание должно выполнять три основные функции Роль функционального питания Пробиотики – Симбиотики – Свойства инулина Под действием лактулозы Лекция № 3 Спирты как технологические компоненты в продуктах питания Лекция № 4 Альдегиды и кетоны в пищевых производствах Бензойный альдегид 2-метилпропаналя и 2-метилбутаналя Муравьиная кислота У́ксусная кислота Пропио́новая кислота́ Ма́сляная кислота́ Адипи́новая кислота ... Полное содержание

Подобный материал:

• Программа элективного курса «биотехнологии… биотехнологии спасут человечество?!» для, 188.79kb.
• «Проблемы организации спортивного питания в подготовке спортсменов высокой квалификации», 59.67kb.
• Реферат по курсу: «Биология и экология» На тему: «Санитарно-гигиеническое состояние, 170.88kb.
• Программа обучения, воспитания, профессиональной ориентации и профессиональной начальной, 70.25kb.
• Экспериментальная программа обучения, воспитания, профессиональной ориентации и профессиональной, 80.11kb.
• Практикум содержит работы по основам производства самых разнообразных продуктов питания., 1041.29kb.
• Доклада, 47.9kb.
• Извлечения из европейского законодательства в области биотехнологии, 537.61kb.
• Тематика курсовых работ по дисциплине «Организации производства и обслуживания на предприятиях, 34.63kb.
• Использование полисахаридной добавки в технологии взбивных молочных десертов, 635.69kb.

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет пищевых производств»


Научно-образовательный материал


тема № 1.41.2 «Формирование специализированного химического класса, обеспечивающего профессиональную ориентацию учащихся средней школы в области прикладной биотехнологии и производства здоровых продуктов питания».


Органические и биоорганические компоненты в функциональных продуктах питания


Состав научно-образовательного коллектива:

Колпакова В.В., зав. каф., д.т.н., проф.

Панкратов В.А., д.х.н., проф.

Янковский С.А., к.т.н., доц.

Кудрякова Г.Х., к.т.н., доц.

Сдобникова О.А.. к.т.н., доц.

Ворона Н.И., г.т.н., доц.


.


Москва 2011


РЕФЕРАТ


Отчет: 16 с., 7 источников


Цель: Развитие устойчивого интереса к дисциплинам химического цикла и помощь в профессиональном самоопределении трудовой деятельности учащихся средней школы в области биотехнологических и химических процессов производства здоровых продуктов питания

Задачи:

1. Ознакомление учащихся средних учебных заведений с ролью и достижениями органической и биоорганической химии в области прикладной биотехнологии и производства здоровых продуктов питания.
   
2. Достижение устойчивого интереса к профильным специальностям МГУПП
   

Полученные результаты:

Разработан цикл научно-популярных лекций, формирующих представление о роли достижений современной органической, биоорганической химии для пищевой промышленности и прикладной биотехнологии, по теме «Органические и биоорганические компоненты в функциональных продуктах питания». Цикл лекций включает конспекты в виде презентаций в формате PowerPoint. Цикл позволяет сформировать у учащихся старших классов представление о значении химии для пищевой промышленности, что послужит основой для понимания, усвоения и профориентации молодых людей при выборе профессии, связанной с биотехнологическими и химическими процессами производства современных продуктов питания.

Лекция №1 Роль органической химии в пищевой промышленности

Органическая химия издавно нашла применение в пищевой промышленности, уже сейчас человек задумывается над тем, как более продуктивно получать равноценную пищу из других источников. И это уже удается ученым – химикам и биологам. Белок, например, можно получать из углеводородов нефти! Во многие пищевые продукты добавляют различные химические вещества. Одни из них придают пище более привлекательный вид, другие – приятный запах, третьи – вкус. Но они могут выполнять и более важную роль – сохранять долго продукты, препятствовать их окислению. Большинство из этих веществ – органические соединения.

Одной из проблем создания синтетической пищи является придание продукту не только необходимой структуры, но и определенных свойств – запаха, вкуса, цвета и т.д. Эту роль выполняют специальные органические добавки, которые и улучшают натуральные продукты питания. Такими добавками могут быть индивидуальные вещества и сложные смеси, состоящие из десятков различных органических соединений. Чаще всего это эфирные масла, сложные эфиры, спирты, альдегиды, кетоны и некоторые углеводороды.

Примеры соединений, обладающие соответствующим запахом: СН₃ – СООСН₂ – СН₂ – СН (СН₃)₂ изопентилацетат (запах бананов). С₃Н₇ – СООС₂Н₅ этилбутират (запах ананасов). СН₂ = СН – СН₂ - S – S – CH₂CH = CH₂ диаллилдисульфид (запах чеснока). Однако запахи отдельных продуктов являются чаще всего результатом сложения запахов смеси органических соединений. Так, в аромате свежеиспеченного хлеба найдено 159 веществ, а фурфурилметилдисульфид – одно из них, хотя и основное. Иногда решающее значение в возникновении запаха имеют соединения, находящиеся в смеси в ничтожных количествах (менее 0,1 %). В пищевой промышленности применяются различные органические кислоты: уксусная, лимонная молочная, адипиновая, яблочная.

В колбасные изделия добавляют для улучшения вкуса мононатриевую соль глутаминовой кислоты. Среди органических соединений особенно много таких, которые обладают сладким вкусом. Из них наиболее известна сахароза. Но сахароза не самое сладкое вещество. Например, фруктоза слаще ее на 73%, ксилит – вдвое, а сахарин – в 500 раз! Для улучшения внешнего вида продуктов питания используют различные органические красители, главным образом природные, например красный краситель, содержащийся в вишне, смородине и бруснике - цианидин и близкий ему по строению, придающий красный цвет ягодами земляники – пеларгонидин.

Лекция № 2 Функциональные продукты питания

Термин «функциональное питание» предложен японскими авторами в 1989 году. Оно предусматривает систематическое употребление продуктов естественного происхождения, оказывающих регулирующее воздействие на организм человека. Питание может называться “функциональным”, если продукты, входящие в его состав положительно влияют на одну или несколько функций организма. При этом функциональное питание наряду с обычным нутритивным эффектом приводит либо к улучшению состояния здоровья, либо к снижению риска возникновения различных заболеваний

Концепция здорового питания предполагает, что пища, поступающая в организм, должна компенсировать энергетические затраты на жизнедеятельность. Сбалансированное питание должно обеспечивать человека белками, жирами, углеводами, витаминами, микроэлементами и другими компонентами в необходимом объеме для нормального функционирования организма.

Функциональные продукты питания представляют собой пищевые продукты, предназначенные для ежедневного употребления, оказывающие благотворное влияние на здоровье и качество жизни. Список функциональных продуктов питания постоянно пополняется. К функциональным продуктам питания относятся: заменители грудного молока и продукты детского питания, которые можно использовать при непереносимости отдельных компонентов пищи;кисломолочные продукты с пробиотиками и пребиотиками; закваски для приготовления кисломолочных напитков с пробиотической и пребиотической активностью; каши, крупы, хлебобулочные изделия, которые дополнительно содержат пищевые волокна, ферменты, витамины и микроэлементы; концентраты напитков с различным оздоравливающим воздействием на организм.

Функциональное питание должно выполнять три основные функции: питательная функция – продукт оказывает влияние на нутритивный статус человека; сенсорная функция – способность продукта и его ингредиентов  положительно воздействовать на обонятельные, вкусовые и другие рецепторы человека; регулирующая функция – участие в процессе регуляции процессов пищеварения функций иммунной, эндокринной, нервной и других систем организма.

По мнению зарубежных исследователей (Bzoek K. (1999), Woolen A. (1990), основными составляющими функционального питания являются продукты, содержащие: бифидобактерии; олигосахариды; пищевые волокна; эйкозапентаеновую кислоту; аминокислоты, пептиды; холины; витамины. По мнению отечественных ученых, к продуктам функционального питания необходимо отнести лактобактерии, антиоксиданты, органические кислоты и другие факторы

Роль функционального питания:·оказывает влияние на всасывание микроэлементов (Ca, Mg, Fe, Zn) в толстом кишечнике; способствует снижению концентрации холестерина крови; снижает уровень глюкозы крови; обладает антиканцерогенным действием; обладает иммуномодулирующим действием

ПРЕБИОТИКИ - неперевариваемые ингредиенты пищи, стимулирующие рост и метаболическую активность одной или нескольких групп собственных бактерий (лактобактерий, бифидобактерий) в толстой кишке.

ПРОБИОТИКИ – живые микроорганизмы, которые, попадая в определенных количествах в желудочно-кишечный тракт при приеме пищи, оказывают благотворное влияние на здоровье человека.

СИМБИОТИКИ – представляют собой сочетание пре - и пробиотиков, оказывающее положительное влияние на здоровье человека.

Функциональные продукты питания обогащаются: молочнокислыми бактериями, балластными веществами, витаминами, минералами, пептидами (соевые, молочные и др.), протеинами, аминокислотами, растительные и микробные экстракты, ферменты ( - галактозидазы микробного генеза, протеазы сахаромицетов и др.), жирными ненасыщенными кислотами (эйкозопентатоевая кислота), антиоксидантами (витамины А, С, Е, бета-каротин, глутатион, убихинон, селен), холинами, гликозидами, органические кислоты (пропионовая, уксусная и др), углеводы (ксилит, сорбит, ксилобиоза, пектины, декстрин, инулин);

Олигосахариды представляют собой углеводы, состоящие из моносахаридов, которые связаны между собой гликозидными связями. Первый олигосахарид был получен японцем Yakult Honsa при обработке молока бета-галактозидазой, полученной из гриба рода Aspergillus. В настоящее время получено большое количество олигосахаридов. Однако доказанным пребиотическим эффектом у детей обладают фрукто- и галактоолигосахариды (ФОС и ГОС).

Основным компонентом пребиотической составляющей функционального питания являются пищевые волокна. Основоположник теории «адекватного питания» академик А.М.Уголев писал о том, что «пищевые волокна эволюционно включены в желудочно-кишечную технологию и необходимы для нормального функционирования пищеварительной системы и организма в целом.

Пищевые волокна – сумма полисахаридов и лигнина, которые не перевариваются эндогенными секретами желудочно-кишечного тракта человека [Trowell H., Burkitt D. (1987)]. Одним из важнейших эффектов пищевых волокон является улучшение пищеварительной функции организма и формирование здоровой микрофлоры кишечника. Пищевые волокна различаются по своим свойствам.

Инулин – является естественным пребиотиком, который может использоаться для обогащения продуктов питания. При его гидролизе образуется фруктоза.

Свойства инулина (Van Loo, 1999):·стимулирует рост и активность бифидо- и лактобактерий, повышает всасывание Са в толстой кишке; снижает риск развития остеопороза; влияет на метаболизм липидов; снижает риск развития сахарного диабета; обладает антиканцерогенным действием; уменьшает риск атеросклеротических изменений в сердечно-сосудистой системе/

Синтетическим пребиотиком является лактулоза. В тонкой кишке отсутствует дисахаридаза для ее гидролиза, в связи с чем лактулоза попадает в толстую кишки практически в неизмененном виде, где толстой кишке бактериальными дисахаридазами осуществляется ее гидролиз до моносахаров и короткоцепочечных жирных кислот.

Под действием лактулозы: снижается внутрикишечный уровень рН, повышается осмотическое давление кишечного содержимого, что приводит к задержке в нем жидкости, активизируется перистальтика, происходит увеличение сахаролитической микрофлоры кишечника.


Лекция № 3 Спирты как технологические компоненты в продуктах питания

В пищевой промышленности широкое применение спиртов общеизвестно: основой всех алкогольных напитков является этанол, который получается при сбраживании пищевого сырья — винограда, картофеля, пшеницы и прочих крахмало- или сахаросодержащих продуктов. Кроме того, этиловый спирт используется в качестве компонента (растворителя) некоторых пищевых и ароматических эссенций (ароматизаторов), широко используемых в кулинарии, при выпечке кондитерских изделий, производстве шоколада, конфет, напитков, мороженного, варений, желе, джемов, конфитюров и пр.

Этиловый спирт C₂H₅OH, вернее, хмельной растительный напиток, его содержащий, был известен человечеству с глубокой древности. Считается, что не менее чем за 8000 лет до нашей эры люди были знакомы с действием перебродивших фруктов, а позже — с помощью брожения получали хмельные напитки, содержащие этанол, из фруктов и мёда. Археологические находки свидетельствуют, что в Западной Азии виноделие существовало ещё в 5400—5000 годах до н. э., а на территории современного Китая, провинция Хэнань, найдены свидетельства производства «вина», вернее ферментированных смесей из риса, мёда, винограда и, возможно, других фруктов, в эпоху раннего неолита: от 6500 до 7000 гг. до н.э.

Впервые спирт из вина получили в VI—VII веках арабские химики, а первую бутылку крепкого алкоголя (прообраза современной водки) изготовил персидский алхимик Ар-Рази в 860 году. В Европе этиловый спирт был получен из продуктов брожения в XI—XII веке, в Италии.

В Россию спирт впервые попал в 1386 году, когда генуэзское посольство привезло его с собой под названием «аква вита» и презентовало царскому двору.

Этиловый спирт — естественный продукт спиртового брожения органических продуктов, содержащих углеводы, часто образующийся в прокисших ягодах и фруктах без всякого участия человека. Кроме того, этанол является естественным метаболитом и содержится в тканях и крови животных и человека.

Однако, этиловым, список спиртов, используемых в индустрии продуктов питания, не ограничивается. Спирты можно встретить среди самых разных пищевых добавок:

• глицерин HOCH₂CH(OH)-CH₂OH (E422) — влагоудерживающий агент, растворитель, загуститель, разделитель, плёнкообразователь, средство для капсулирования;
  

Трехатомный спирт— глицерин— был обнаружен в природных жирах ещё в 1783 году шведским химиком Карлом Шееле, однако его состав был открыт только в 1836 году, а синтез осуществлен из ацетона в 1873 году Шарлем Фриделем.

• зеаксантин (изомер лютеина)— краситель;
  
• ксилит (E967)— сахарозаменитель CH₂OH(CHOH)₃CH₂OH;
  

По калорийности ксилит близок сахару (3.67 ккал/г ^[1] у ксилита и 4 ккал/г у сахара), по сладкости близок к сахарозе, но биологической ценности не имеет. Применяется в пищевой промышленности, например вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и ожирением. Обладает желчегонным и послабляющим действием при употреблении около 50 г в сутки.

• лютеин (E161b) — краситель;
  
• маннит (E421) — сахарозаменитель, наполнитель, носитель, антислеживатель, разделитель; ментол — ароматизатор; поливиниловый спирт — плёнкообразователь; полиэтиленгликоль — пеногаситель, носитель-растворитель;
  
• пропиленгликоль (E1520)— влагоудерживающий агент, растворитель, стабилизатор, хладагент; сорбит (E420)— наполнитель, носитель, сахарозаменитель, влагоудерживающий агент, средство для капсулирования; эритрит — подсластитель.
  

Сорбит — содержится в ягодах вишни и рябины.	Маннит — содержится в морских водорослях, грибах.

Спирты имеют самое широкое распространение в природе, особенно в виде сложных эфиров, однако и в свободном состоянии их можно встретить достаточно часто.

В эфирных маслах зелёных частей многих растений содержится 3(Z)-Гексен-1-ол («спирт листьев»), придающий им характерный запах. Фенилэтиловый спирт— душистый компонент розового эфирного масла.

В растительном мире широко представлены терпеновые спирты, многие из которых являются душистыми веществами:

Борнеол — в древесине борнеокамфорного дерева.	Ментол — содержится в эфирном масле мяты и герани.	Гераниол — содержится во многих эфирных цветочных маслах.	Линалоол — содержится во многих цветочных эфирных маслах6].	Цитронеллол — содержится во многих эфирных маслах.

В животном и растительном мире распространены конденсированные тетрациклические спирты (производные гонана), обладающие высокой биологической активностью и входящие в класс стероидов. Многие спирты являются незаменимыми участниками биохимических процессов, происходящих в живом организме. Ряд витаминов можно отнести к классу спиртов:

• Витамин А — ретинол— жирорастворимый витамин, необходимый для нормального обмена веществ.
  

• Витамин B₈ — инозит или инозитол — витаминоподобное вещество, участвующее в липидном обмене.
  

• Витамин D — регулирует обмен кальция и фосфора в организме.
  

Холекальциферол — витамин D3

Эргокальциферол — витамин D2

Стероидные гормоны, среди которых имеются и спирты (например: холестерин или эргостерол), участвуют в регуляции обмена веществ и некоторых физиологических функциях организма. Полиизопреновый спирт долихол является липидным переносчиком полупродуктов при биосинтезе гликопротеинов.

Лекция № 4 Альдегиды и кетоны в пищевых производствах

Альдегиды входят в состав пищевых продуктов и эссенций. Один из интересных альдегидов – это ванилин (ванилаль) — бесцветные игольчатые кристаллы с запахом ванили:

В основном ванилин используют как ароматизатор в сладостях. Производство мороженого и шоколада составляет более 75% рынка ванилина. Он также используется в парфюмерии, для подавления неприятного запаха, вкуса медицинских препаратов, моющих средств. Нашёл применение и с более сильным запахом этилванилин. Он отличается от ванилина наличием этокси (-O-CH₂CH₃) группы вместо метокси(-O-CH₃). Он содержит такие функциональные группы как альдегидная, эфирная и фенольная. Ванилин содержится в виде гликозида в плодах и является основным компонентом экстрата ванили.

Природный экстракт ванили — это смесь сотен соединений, искусственный, в основном, — чистое вещество. Из-за недостатка и дороговизны природного ванилина были найдены пути его синтеза из более доступных компонентов.

Ваниль была культивирована как ароматизатор доколумбийскими мезоамериканцами; ацтеки использовали её как ароматизатор для шоколада. Европейцы познакомились как с шоколадом, так и с ванилью, около 1520 года. Ванилин был впервые выделен в относительно индивидуальном виде в 1858 году Николя Теодором Гобли, который получил его выпариванием экстракта ванили досуха и последующей перекристаллизацией полученного вещества из горячей воды. В 1874 немецкие ученые Фердинанд Тиман и Вильгельм Хаарман определили его химическую структуру и нашли способ синтеза ванилина из кониферина, гликозида изоэвгенола, найденного в сосновой коре. Тиман и Хаарман основали компанию Haarmann & Reimer (сейчас часть Symrise) и начали первое промышленное производство ванилина в Хольцминдене (Германия). В 1876 Карл Реймер синтезировал ванилин (2) из гваякола (1).



В 1874 году оригинальный рецепт синтеза способом Тимана-Хаармана был опубликован. В то же время, уже был доступен полусинтетический ванилин, происходящий из эвгенола и найденный в гвоздичном масле. Патентная формула синтетического ванилина стала известна в 1894 году.

Синтетический ванилин стал значительно более доступен в 1930-х, когда производство из гвоздичного масла было вытеснено производством из лигнин-содержащих отходов, образующихся при производстве бумаги. В 1987 лишь одна бумажная фабрика в Онтарио насыщала 60 % мирового рынка синтетического ванилина. Ванилин составляет 2% сухого веса обработанных семян ванили, и он является главным ароматизатором среди 200 других ароматических веществ. В сушёных стручках высокого качества относительно чистый ванилин может быть виден как белая пыль или «иней» снаружи стручка. В малых концентрациях ванилин содержится в таких продуктах питания, как оливковое масло, сливочное масло, малина и плоды личи. Выдержка в дубовых бочках придаёт ванильный аромат некоторым винам и спирту. В других пищевых продуктах ванилин выделяется при термообработке — так ванилин вносит вклад в аромат кофе, кленового сиропа и блюд из цельных злаков, включая тортилью и овсяную кашу.