Chemia-żywności - Notatki z wykładu 3 PDF

Preview

Summary

wykłady...

Description

Zagadnienia egzaminacyjne - chemia żywności 2019/2020 1. Wiązanie wodorowe w składnikach żywności 2. Rodzaje wody w żywności 3. Aktywność wody - definicja i znaczenie dla jakości żywności 4. Definicja i podział lipidów 5. Nazewnictwo nienasyconych kwasów tłuszczowych: co oznacza Δ, ω i n? 6. Kwasy ALA, GLA, DHA, EPA – nazwa, budowa 7. Hydroliza triacylogliceroli – reakcja, warunki, produkty 8. Woski - budowa, właściwości, znaczenie 9. Sfingozyna, budowa i sfingolipidy 10. Lipoproteiny – definicja, budowa, podział, rola 11. Cholesterol - budowa, występowanie 12. Reakcje utleniania cholesterolu i produkty jego oksydacji 13. Fitosterole – podział, struktura, właściwości funkcjonalne 14. Autooksydacja lipidów – etapy, czynniki od których zależy szybkość reakcji 15. Autooksydacja kwasu linolowego – produkty reakcji 16. Jełczenie hydrolityczne, oksydatywne i ketonowe 17. Reakcja uwodornienia nienasyconych kwasów tłuszczowych 18. Utlenianie wolnorodnikowe a fotosensybilizowane – podobieństwa i różnice 19. Tlen singletowy a tlen tripletowy – różnice, wpływ na reakcje utleniania 20. Wodoronadtlenki kwasów tłuszczowych – tworzenie, produkty rozpadu 21. Enzymatyczne utlenianie kwasów tłuszczowych, specyficzność lipooksygenaz 22. Reakcje oksydatywno – termiczne zachodzące przy smażeniu 23. Polimery i związki pierścieniowe w procesie smażenia zanurzeniowego 24. Reaktywne formy tlenu (RFT) 25. Związki fenolowe jako przeciwutleniacze, od czego zależą ich właściwości? 26. Przeciwutleniacze syntetyczne 27. Mechanizm działania przeciwutleniaczy wtórnych 28. Katechiny: występowanie budowa, rola w hamowaniu utleniania 29. Akryloamid – występowanie w żywności, drogi tworzenia, zapobieganie tworzeniu 30. Czynniki wpływające na przebieg reakcji Maillarda 31. Grupy produktów reakcji Maillarda 32. Etapy reakcji Maillarda 33. Na czym polega degradacja Streckera aminokwasów – reakcja, produkty 34. Tworzenie alkilopirazyn w reakcji Maillarda – reakcja, znaczenie w technologii 35. Zjawisko mutarotacji, stabilność form monosacharydów 36. Struktura monosacharydów, konformacje glukozy

37. Wiązania glikozydowe, występowanie, rodzaje 38. Przegrupowanie Lobry de Bruyn – van Ekensteina 39. Reakcje redukcji i utleniania monosacharydów 40. Odwodnienie sacharydów – karmel 41. Skrobia, amyloza amylopektyna – budowa, struktura, właściwości 42. Struktury konformacyjne amylozy 43. Enzymatyczna hydroliza skrobii: enzymy i produkty 44. Kleikowanie skrobii - zależność lepkości od czasu i temperatury 45. Cyklodekstryny – budowa, zastosowanie 46. Celuloza – struktura a właściwości 47. Wiązania α-(1-4)- i β-(1-)4-glikozydowe – konsekwencje dla struktury polisacharydów 48. Błonnik pokarmowy – składniki i charakterystyka 49. Pektyny – budowa, podział 50. Modyfikacje skrobii: metody, cele, produkty 51. Podział i drogi tworzenia aromatu żywności 52. Związki zapachowe tworzone z aminokwasów – szlak Ehrlicha – reakcja, produkty 53. Prekursory związków zapachowych produktów mlecznych 54. Modyfikatory smaku 55. Związki o smaku słodkim, percepcja, sztuczne środki słodzące 56. Estry i amidy dipeptydów: aspartam i allitam 57. Podział aminokwasów 58. Wartość biologiczna białek – aminokwasy ograniczające 59. Aminokwasy egzogenne 60. Dysocjacja aminokwasów, wpływ pH, punkt izoelektryczny 61. Aminy heterocykliczne – powstawanie, właściwości 62. Wiązanie peptydowe – charakter, występowanie 63. Wiązania stabilizujące struktury białek 64. Białka globularne i fibrylarne – budowa, przykłady 65. Konformacja łańcuchów polipeptydowych; helisa, harmonijka beta – czynniki stablizujące 66. Denaturacja białek – definicja, czynniki, zmiany w strukturze 67. Właściwości funkcjonalne białek 68. Emulgowanie lipidów przez białka 69. Tworzenie piany 70. Powstawanie wiązań sieciujących w białkach 71. Reakcje katalizowane przez transglutaminazę, wykorzystanie 72. Barwniki chlorofilowe: budowa, przemiany pod wpływem kwasów i zasad 73. Produkty przemian karotenoidów

74. Barwniki betalainowe – biosynteza, występowanie, podział 75. Przemiany betaniny 76. Przemiany antocyjanów 77. Nitrozoaminy – tworzenie, wstępowanie, sposoby redukcji zawartości 78. Aminy biogenne, występowanie, drogi tworzenia 79. Glukozynolany, produkty ich hydrolizy i degradacji termicznej 80. Przemiany mioglobiny w procesie peklowania

1. 1.Wiązanie wodorowe w składnikach żywności  Wiązanie te, powstaje pomiędzy atomem wodoru, na którym znajduje się ładunek dodatni, a wolną parą elektronową atomu pierwiastka o dużej elektroujemności ( np. tlenu).  Wiązanie wodorowe, wyjaśnia przyciąganie się dipoli (cząsteczek wody), gdzie dodatni biegun to atom wodoru, a ujemny to atom tlenu z kolejnej cząsteczki wody. Wywołuje to asocjację (łączenie się cząsteczek wody w przestrzenne sieci np. płatki śniegu) .  Energia wiązania wodorowego wynosi 10 KJ/mol.  Dzięki niemu, możliwe jest tworzenie się przestrzennych struktur białek, kwasów nukleinowych i innych złożonych tworów o dużym znaczeniu biologicznym.  Dzięki niemu, woda jest dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji o charakterze polarnym. 2. Rodzaje wody w żywności a) woda wolna – wypełnia wolne przestrzenie - jest rozpuszczalnikiem substancji organicznych i mineralnych - bierze udział w reakcjach fizykochemicznych - nie podlega zjawiskom kapilarnym - wydziela się łatwo z produktu pod wpływem czynników zewnętrznych b) woda związana – zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie substancji rozpuszczonych - ma mniejszą aktywność i odmienne właściwości - nie zamarza do -40oC -nie bierze udziału w regulacji ciśnienia osmotycznego - możliwe jest jej ilościowe oznaczenie kolorymetrycznie lub przez NMR - wyróżniamy :  Higroskopijną – związaną mechanicznie z powierzchnią. Ma takie same właściwości fizykochemiczne jak woda wolna  Kapilarna – w naczyniach włosowatych  Krystalizacyjna – w sieci krystalicznej. Nie można jej wydzielić bez naruszenia struktury  Konstytucyjna – związana chemicznie. Można ją wydzielić bez zmiany struktury c) woda niezwiązana - o właściwościach zbliżonych do wody wolnej rozcieńczonych w roztworach soli -ruchliwa

d) woda uwięziona - o właściwościach wody wolnej, uwięziona w niewypełnionych przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach 3. Aktywność wody – definicja i znaczenie dla żywności a) Aktywność wody – to stosunek ciśnienia pary wodnej nad powierzchnią żywności (p) do

ciśnienia pary wodnej nad powierzchnią czystej wody (po) w tej samej temperaturze i przy tym samym ciśnieniu całkowitym : Aw=

] P,T

Aktywność wody przyjmuje wartości od 1 – dla czystej wody, do 0 – dla środowiska, w którym nie ma wody lub cząsteczki wody nie mają zdolności do wykonywania pracy.  Jest miarą wody wolnej w produkcie  Z reguły duża zawartość wody w produkcie, oznacza dużą aktywność wody  Zmniejszenie aktywności przez procesy : - suszenie - zamrażanie - solenie - kombinacja metod b)  Aktywność wody decyduje o przebiegu procesów biologicznych, a zwłaszcza wpływa na rozwój drobnoustrojów. Minimalna wartość aktywności wody niezbędna do rozwoju poszczególnych grup drobnoustrojów wynosi: aw = 0,9 dla większości bakterii (halofilowe aw=0,75 przy pH 6,0 – 7,0) aw = 0,88 – 0,9 dla większości drożdży (osmofilne aw = 0,6 – 0,7 przy pH 4,5 – 5,5) aw = 0,8 dla większości pleśni (kserofile aw= 0,68 przy Ph =2)  Utlenianie tłuszczów przebiega w środowisku suchym i o bardzo małej aktywności wody. Podwyższenie aktywności wody zwalnia reakcje utleniania, ale tylko do pewnego momentu. Dalszy wzrost aktywności wody powoduje zwiększenie szybkości reakcji utleniania.  Reakcje nieenzymatycznego brunatnienia (reakcje Maillarda) rozpoczynają się dopiero przy aktywności wody, przy której woda zaczyna pełnić funkcję rozpuszczalnika. Ich intensywność rośnie wraz ze wzrostem aktywności wody i osiąga maksimum dla aktywności wody 0,3-0,7 w zależności od rodzaju produktu  aktywność wody ma wpływ na teksturę, niska wartość prowadzi do emisji akustycznej podczas gryzieni i żucia  Czym wyższa wartość, tym intensywniej uwalniane są związki lotne  Im mniejsza wartość, tym barwa produktu jest jaśniejsza  Od aktywności zależy także smak 4. Definicja i podział lipidów Lipidy – to naturalne związki organiczne, nierozpuszczalne w wodzie, natomiast rozpuszczalne w tak zwanych rozpuszczalnikach tłuszczowych, takich jak eter etylowy lub naftowy, chloroform, benzen, aceton. Lipidy dzielimy na :

a) lipidy proste – są to estry kwasów tłuszczowych i alkoholi - lipidy właściwe – estry kwasów tłuszczowych i glicerolu - woski – estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi innych niż glicerol b) lipidy złożone – związki, które oprócz kwasów tłuszczowych i alkoholi, zawierają inne składniki - fosfolipidy – zawierają kwas fosforowy jako monoester i diester - glikolipidy – zawierają cukier połączony wiązaniem glikozydowym z częścią lipidową - inne lipidy złożone c) lipidy wtórne – pochodne lipidów prostych i złożonych, powstałe w wyniku ich hydrolizy, zachowujące właściwości lipidów - kwasy tłuszczowe -alkohole -węglowodory

5. Nazewnictwo nienasyconych kwasów tłuszczowych : co oznacza delta,w,n Nienasycone kwasy tłuszczowe są to kwasy tłuszczowe zawierające wiązania podwójne. Są one z reguły bezbarwnymi cieczami. Wyróżniamy kwasy omega-3 i omega-6 Kwasy omega-3: Nienasycone kwasy tłuszczowe, których ostatnie wiązanie podwójne w łańcuchu węglowym znajduje się przy trzecim od końca atomie węgla. Do tej grupy należą m.in. wielonienasycone kwasy tłuszczowe : - kwas α-linolenowy (ALA) IUPAC: kwas oktadeka-9-cis, 12-cis, 15-cis-trienowy - kwas eikozapentaenowy (EPA) IUPAC: kwas eikoza-5-cis,8-cis,11-cis,14-cis,17-cispentaenowy - kwas dokozaheksaenowy (DHA) IUPAC: kwas heksadeka-4-cis,7-cis,10-cis,13-cis,16cis,19-cis-heksaenowy Kwasy omega-6: Nienasycone kwasy tłuszczowe, których ostatnie wiązanie podwójne znajduje się przy szóstym od końca atomie węgla łańcucha węglowodorowego. Kwasy te,

należą do niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT) co oznacza, że nie są one

produkowane przez organizm człowieka : - kwas linolowy (LA) IUPAC: kwas oktadeka-9-cis,12-cis-dienowy; kwas∆9-cis,12-cisoktadekadienowy; kwas 18:2 (9c,12c) - kwas gammalinolenowy (GLA) IUPAC: kwas oktadeka-6-cis,9-cis,12-cis-trienowy - kwas arachidonowy (AA, ARA) Wskazanie położenia wiązań podwójnych, można zrobić na dwa sposoby :  używając notacji delta-k,l,m..., czyli Δk,l,m..., gdzie k,l,m... oznaczają położenie wiązania podwójnego licząc od grupy karboksylowej (np. zapis Δ9,12 oznacza, że wiązania podwójne znajdują się przy 9 i 12 atomie węgla)  używając notacji omega-i, czyli ω-i lub n-i, gdzie i oznacza położenie ostatniego wiązania podwójnego licząc od końca łańcucha węglowego (np. omega-3 oznacza, że ostatnie wiązanie podwójne znajduje się przy trzecim od końca atomie węgla). 6. Kwas ALA, GLA, DHA, EPA – nazwa i budowa a) ALA- kwas α-linolenowy C18H30O2

b)

GLA - Kwas γ-linolenowy C18H30O2

c) DHA- Kwas dokozaheksaenowy – zawiera 6 izolowanych wiązań podwójnych

d) EPA- Kwas eikozapentaenowy C19H29COOH – wiązania podwójne połączone są mostkami metylenowymi.

7. Nomenklatura acylogliceroli Nomenklatura, to system reguł obowiązujących przy nazywaniu pierwiastków i związków chemicznych. Komisja Nomenklatury Biochemicznej IUPAC-IUB zaleca stosowanie nazw „mono-, di- i triacyloglicerole”. Numerację atomów szkieletu glicerynowego oznacza się w konwencji sn ( uwzględnia stereospecyficzność atomu węgla w glicerolu), zgodnie z którą cząsteczkę przedstawia się w konfiguracji L w projekcji Fischera i atomy węgla numeruje się od góry do dołu. Są to organiczne związki chemiczne – estry acylowe glicerolu. W glicerolu 1,2 lub wszystkie 3 grupy hydroksylowe mogą być zestryfikowane kwasami karboksylowymi. Numeracja atomów glicerolu w konwencji sn

8. Hydroliza triacylogliceroli Hydroliza TAG, jest reakcją odwracalną ze względu na niewielką różnicę w zmianie energii swobodnej w kierunku hydroliza – synteza. Kierunek zdeterminowany jest środowiskiem – nadmiar wody wywołuje hydrolizę, a niska zawartość – reakcję odwrotną – estryfikację glicerolu. Jeżeli reagenty/produkty nie są usuwane z obszaru, to ustala się stan równowagi. Wysoki stopień hydrolizy jest wtedy, gdy jest nadmiar wody, lub gdy usuwany jest glicerol. Wysoka temperatura oraz ciśnienie przyśpieszają hydrolizę wodną. Hydroliza katalizowana

jest przez kwasy.

9. Woski – budowa, właściwości, znaczenie a) budowa : Estry innych alkoholi niż glicerol i długołańcuchowych kwasów tłuszczowych Składnikiem wosków są estry woskowe (większa trwałość , trudniej ulegają hydrolizie enzymatycznej i jełczeniu niż tłuszcze) To długołańcuchowe alkohole monowodorotlenowe z parzystą liczbą atomów węgla lub pierścieniowe sterole b) właściwości/ znaczenie : -ugniatalne w temperaturze 20oC - kruche -nierozpuszczalne w wodzie -odporne na działanie czynników fizycznych i chemicznych ; pełnią funkcję ochronne - w świecie roślin występują na powierzchni łodyg, liści, kwiatów, owoców, nasion chroniąc przed transpiracją - w skórze zwierząt wpływają na jej elastyczność, hydrofobowość i chronią przed wnikaniem drobnoustrojów - niska temperatura topnienia 10 10.. Sfingozyna – budowa i sfingolipidy Sfingozyna - organiczny związek chemiczny, osiemnastowęglowy, nienasycony aminoalkohol z jednym wiązaniem podwójnym. Występuje głównie w świecie zwierzęcym. Pochodne sfingozyny - sfingolipidy - są składnikami błon komórkowych.

a) Sfingolipidy Obecne w błonie komórek nerwowych, gdzie uczestniczą w mechanizmie przekazywania sygnałów elektrycznych. Wśród nich wyróżniamy : - fitisfingozyna - nienasycona dehydrofitosfingozyna, rozpowszechnione w świecie roślinnym -N-acylowe formy zwane ceramidami, które wchodzą w połączenia z cukrami i estrami fosforanowymi tworząc glikosfingolipidy i sfingofosfolipidy 11 11.. Lipoproteiny – definicja, budowa, podział, rola Lipoproteiny – cząsteczki składające się z lipidów polarnych, TG i białek, które można rozfrakcjonować na białka i lipidy za pomocą ekstrakcji odpowiednimi rozpuszczalnikami. Wielkocząsteczkowy kompleks zawierający estry cholesterolu i trójglicerydy. Biochemicznie wyróżniamy 4 frakcje lipoprotein osocza krwi : a) o dużej zawartości trójglicerydów :  chylomikrony – transport lipidów z jelita cienkiego do wątroby i mięśni  VLDL – transport z wątroby do tkanki tłuszczowej b) o dużej zawartości cholesterolu :  HDL (lipoproteina wysokiej gęstości) - transportuje cholesterol we krwi z tkanek obwodowych do wątroby - niski poziom wiąże się z osłabieniem pamięci w średnim wieku  LDL (lipoproteina niskiej gęstości) - transportuje cholesterol z wątroby do innych narządów (odkłada na powierzchni błon komórkowych) -odkłada cząsteczki cholesterolu we włóknach mięśni gładkich ścian tętnic. Z tego względu nazywana jest „złym cholesterolem”, w przeciwieństwie do „dobrego cholesterolu”, czyli lipoproteiny wysokiej gęstości (HDL). - intensywne obniżenie poziomu LDL korzystnie wpływa na obniżenie ryzyka wystąpienia chorób układu krążenia

Dwuwarstwa lipidowa i micela. W zależności od rozpuszczalnika, ich hydrofilowe lub hydrofobowe części znajdują się w zewnętrznej lub wewnętrznej części miceli.

12 12.. Cholesterol –budowa, występowanie        

Organiczny związek chemiczny, lipid z grupy steroidów zaliczany także do alkoholi. Jego pochodne występują w błonie każdej komórki zwierzęcej, działając na nią stabilizująco i decydując o wielu jej własnościach. Jest prekursorem licznych ważnych steroidów, takich jak kwasy żółciowe lub hormony steroidowe. Potocznie cholesterolem nazywa się obecne w osoczu krwi, pokrewne substancje lipidowe – lipoproteiny, w skład których wchodzi między innymi cholesterol. Cholesterol niezbędny jest do prawidłowego funkcjonowania organizmu i pochodzi między innymi ze źródeł pokarmowych. Najczęściej występuje w formie wolnej (FC=140g) lub zestryfikowanej kwasami tłuszczowymi W organizmie człowieka występuje w tkankach (głównie nerwowa i wątroba) i osoczu krwi.

Budowa : posiada trzy pierścienie sześciowęglowe (postać sześciokąta foremnego; konformacja krzesełkowa) i jeden pięciowęglowy. Wzór : C27H46O

13 13.. Reakcje utleniania cholesterolu i produkty jego oksydacji Grupa hydroksylowa cholesterolu, jak każda drugorzędowa grupa alkoholowa, utlenia się do karbonylowej dzięki zastosowaniu utleniaczy, jak np. odczynnik Jonesa. Powstały produkt zaliczyć można do ketonów, dlatego też nosi on nazwę 5-cholesten-3-on Podatna na utlenianie jest frakcja LDL ze względu na większe ilości wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, cholesterol przekształca się w oksysterol. Wielonienasycone kwasy tłuszczowe mogą ulegać utlenieniu na skutek reakcji wolnorodnikowej, gdzie inicjatorem procesu może kation metalu przejściowego, kation tlenowy, rodniki pochodzące z rozpadu wodoronadtlenków lub rodniki obecne w surowcu powstające w procesie jego przetwarzania. I faza oksydacji – cząsteczka traci atom wodoru przy 7 węglu (powstaje kilka produktów) W łańcuchu bocznym najbardziej reaktywną grupą jest trzeciorzędowy atom węgla w pozycji 25 (powstają następne produkty z których może powstać np. 25-hydroksycholesterol najbardziej toksyczna pochodna cholesterolu) W reakcji utleniania produktami są aldehydy, ketony i wiele innych Utleniony cholesterol LDL osadza się na tkankach ścian naczyń krwionośnych

14 14.. Fitosterole – podział, struktura, właściwości funkcjonalne Są to sterole wytwarzane przez rośliny( najczęściej spotykane to sitasterol, kampesterol) , są elementem strukturalnym błon komórkowych i cytoplazmatycznych, pełnią funkcję obronne przed roślinożercami. Budową przypominają cholesterol Dzielimy na :  4-monometylsterole – pochodne cholesterolu np. citrostadienol, gramisterol  4-desmetylsterole – pochodne cholestenu np. stigamsterol, brassikasterol  4,4,dimetylsterole - pochodne lanostanu Własności funkcjonalne :  łączą się z receptorami komórek jelitowych blokując wchłanianie cholesterolu  prekursor w produkcji syntetycznego progesteronu 15 15.. Autooksydacja lipidów – etapy, czynniki od czego zależy szybkość To rodnikowa reakcja łańcuchowa, w której wyróżniamy 3 podstawowe etapy : I Inicjacja – zapoczątkowanie reakcji ; w tej fazie nienasycony substrat RH (alken z atomem wodoru w grupie L-metylowej) traci wodór i powstaje wolny rodnik R (alkilowy) Pochłanianie tlenu RH  R + H

II Propagacja – wolne rodniki powstałe w fazie inicjacji, wchodzą w reakcję z tlenem i powstają rodniki nadtlenkowe ROO . Rodniki te, wychwytują wodór z innej cząsteczki kwasu tłuszczowego tworząc wodoronadtlenki, a grupa metylowa z które oderwany został wodór tworzy nowy rodnik, który reaguje z tlenem i tak dalej. Powstały wodoronadtlenek jest związkiem labilnym i może się rozpadać z utworzeniem dwóch rodników (RO i OH ) Każdy z nich reagując z cząsteczką substratu RH, powoduje powstawanie nowych rodników R zapoczątkowując nowy łańcuch reakcji. Wodoronadtlenek odgrywa rolę inicjatora procesu propagacji. Powstawanie nadtlenków R + O2  ROO ROO + RH  ROOH + R III Zakończenie (terminacja) – na skutek reakcji wolnych rodników między sobą powstają nierodnikowe produkty, które nie są ani inicjatorami ani propagatorami reakcji Rozkład nadtlenków R + R  RR ROO + RH  ROOR ROO + ROO  ROOR + O2 Ze względu na nietrwałość wodoronadtlenków, wyróżniamy wiele wtórnych produktów oksydacji ( węglowodory, aldehydy, ketony, estry, laktony, alkohole, etery) Szybkość przebiegu reakcji autooksydacji, zależy od :  Energia (światło, ciepło)  temperatura  Katalizatory (metale) obecność prooksydantów np. CO, Fe, Mn, Cu  Rodzaj i stopień nienasycenia kwasów tłuszczowych  Enzymy  Utleniacze chemiczne  Zawartość i rodzaj tlenu, powierzchnia kontaktu z nim  Przeciwutleniacze naturalne  Fosfolipidy  wilgotność 16 16.. Autooksydacja kwasu linolowego – produkty reakcji (jełczenie tlenowe) produkty reakcji : - węglowodory, aldehydy, ketony, estry, laktony, alkohole, etery

17 17.. Jełczenie hydrolityczne, oksydatywne i ketonowe a) hydrolityczne – hydroliza wiązań estrowych.  Może zachodzić na skutek reakcji enzymatycznych lub działania podwyższonej temperatury i wilgoci, powodując uwolnienie

wolnych kwasów tłuszczowych. Ze ...