Սննդային քիմիա
Սննդային քիմիան ուսումնասիրում է սննդամթերքի բոլոր կենսաբանական և ոչ կենսաբանական բաղադրիչների քիմիական գործընթացները և փոխազդեցությունները[1][2]։ Կենսաբանական նյութերը ներառում են այնպիսի մթերքներ, ինչպիսիք են միսը, թռչնամիսը, հազարը, գարեջուրը, կաթը։ Այն նման է կենսաքիմիային իր հիմնական բաղադրիչներով, ինչպիսիք են ածխաջրերը, լիպիդները և սպիտակուցները, բայց այն նաև ներառում է այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են ջուրը, վիտամինները, հանքանյութերը, ֆերմենտները, սննդային հավելումները, համը և գունանյութերը։ Այս ոլորտը ներառում է նաև, թե ինչպես են մթերքները փոխվում սննդի վերամշակման որոշակի տեխնիկայի և եղանակների համաձայն՝ դրանք բարելավելու կամ որոշակի գործընթացներ կանխելու համար։ Սննդամթերքի բարելավման օրինակ կարող է լինել կաթնամթերքի խմորումը միկրոօրգանիզմներով խրախուսելը, որոնք կաթնաշաքարը վերածում են կաթնաթթվի։ Գործընթացը կանխելու օրինակ կարող է լինել կիտրոնի հյութի կամ թթվային այլ ջրի միջոցով թարմ կտրատած խնձորների մակերեսի շագանակագույնացումը դադարեցնելը։
Սննդային քիմիայի պատմությունը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սննդի նկատմամբ գիտական մոտեցումը առաջացել է Վալերիուսի, Հեմփրի Դեյվիի և այլոց աշխատություններում գյուղատնտեսական քիմիայի վրա ուշադրություն դարձնելով։ Օրինակ, Դեյվին Միացյալ Թագավորությունում հրատարակեց «Գյուղատնտեսական քիմիայի տարրերը» դասախոսությունների դասընթաց Գյուղատնտեսության խորհրդի համար (1813 թվական), որը կծառայեր որպես մասնագիտության հիմք ամբողջ աշխարհում՝ դառնալով հինգերորդ հրատարակությունը։ Ավելի վաղ աշխատանքը ներառում էր Կառլ Վիլհելմ Շելեի կողմից, ով 1785 թվականին խնձորից մեկուսացրեց խնձորաթթուն։
Սննդային քիմիայի վերաբերյալ Լիբիգի որոշ բացահայտումներ թարգմանվել և հրատարակվել են Էբեն Հորսֆորդի կողմից Լոուել Մասաչուսեթսում 1848 թվականին[3]։
1874 թվականին ստեղծվեց Հասարակական վերլուծաբանների միությունը, որի նպատակն էր վերլուծական մեթոդները կիրառել ի շահ հասարակության[4]։ Դրա վաղ փորձերը հիմնված էին հացի, կաթի և գինու վրա։
Այս ոլորտը սկզբից մտահոգված չէր սննդի մատակարարման որակի համար, ինչպես նաև սննդամթերքի կեղծման և աղտոտման հետ կապված խնդիրներով, որոնք սկզբում բխում էին դիտավորյալ աղտոտումից, իսկ ավելի ուշ՝ 1950-ական թվականներին քիմիական սննդային հավելումներով։ Աշխարհում քոլեջների և համալսարանների զարգացումը, հատկապես 1907-11թվականներին «Մեկ հացահատիկի» փորձը Միացյալ Նահանգներում, ընդլայնեց սննդային քիմիան, ինչպես նաև սննդային նյութերի ուսումնասիրությունը։ 19-րդ դարի վերջին Միացյալ Նահանգների Գյուղատնտեսության դեպարտամենտում Հարվի Վ. Ուայլիի կողմից իրականացված լրացուցիչ հետազոտությունները առանցքային գործոն խաղացին 1906 թվականին Միացյալ Նահանգների Սննդի և Դեղերի Ադմինիստրացիայի ստեղծման գործում։ Ամերիկյան քիմիական ընկերությունը 1908 թվականին հիմնեց իրենց գյուղատնտեսական և սննդի քիմիայի բաժինը, մինչդեռ Սննդի տեխնոլոգների ինստիտուտը 1995 թվականին ստեղծեց իրենց սննդի քիմիայի բաժինը։
Սննդային քիմիայի հասկացությունները հաճախ վերցված են ռեոլոգիայից, տրանսպորտային երևույթների տեսություններից, ֆիզիկական և քիմիական ջերմադինամիկայից, քիմիական կապերից և փոխազդեցության ուժերից, քվանտային մեխանիկայի և ռեակցիաների կինետիկայից, կենսապոլիմերային գիտությունից, կոլոիդային փոխազդեցություններից, նուկլեացումից, ապակե անցումներից և սառած կամ ոչ բյուրեղային պինդ նյութերից, ուստի, այն որպես հիմք ընդունում է սննդային ֆիզիկական քիմիան[5][6]։
Ջուրը սննդային համակարգերում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սննդի հիմնական բաղադրիչը ջուրն է, որը մթերքներում կարող է պարունակվել 50%-ից (մսամթերքի մեջ) մինչև 95% (հազարի, կաղամբի և լոլիկի մեջ)։ Այն նաև հիանալի վայր է մանրէների աճի և սննդամթերքի փտման համար, եթե վերջինս պատշաճ կերպով չի մշակվում։ Սննդի մեջ դրա չափման եղանակներից մեկը ջրի ակտիվությունն է, որը շատ կարևոր է մշակման ընթացքում շատ մթերքների պահպանման ժամկետում։ Շատ դեպքերում սննդամթերքի պահպանման երաշխիքներից մեկը ջրի քանակի կրճատումն է կամ ջրի ագրեգատային վիճակի փոփոխությունը՝ պահպանման ժամկետը մեծացնելու համար։ Նման մեթոդները ներառում են ջրազրկելը, և սառեցումը[5][6][7][8] Այս դաշտը ներառում է «մթերքների արտադրության, մշակման և պահպանման ընթացքում տեղի ունեցող ռեակցիաների և փոխակերպումների ֆիզիկաքիմիական սկզբունքները»[5]։
Ածխաջրածիններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Կազմելով կենսաբանական աշխարհի 75%-ը և մարդու կողմից սպառվող սննդի ողջ ընդունման 80%-ը, մարդկության համար ամենահայտնի ածխաջուրը սախարոզն է։ Ածխաջրերի ամենապարզ տարբերակը միաշաքարն է, որը պարունակում է ածխածին, ջրածին և թթվածին 1:2:1 հարաբերակցությամբ CnH2nOn ընդհանուր բանաձևով, որտեղ n-ը նվազագույնը 3 է։ Գլյուկոզը և ֆրուկտոզը միաշաքարների օրինակներ են։ Երբ դրանք իրար մաինում են այնպես, ինչպես պատկերված է աջ կողմում, ձևավորվում է սախարոզ՝ բույսերի մեջ հայտնաբերված առավել տարածված շաքարային արտադրանքներից մեկը։
Միաշաքարների շղթան ձևավորվում է բազմաշաքար ստանալու համար։ Նման բազմաշաքարներից են պեկտինը, դեքստրանը, ագարը և քսանտանը[9]։ Այս ածխաջրածին բազմաշաքարներից մի քանիսը հասանելի են մարդու ֆերմենտների կողմից մարսման համար և հիմնականում ներծծվում են բարակ աղիքներում, մինչդեռ սննդային մանրաթելերն անցնում են հաստ աղիքներ, որտեղ այդ բազմաշաքարներից մի քանիսը խմորվում են ստամոքս-աղիքային միկրոֆլորայի կողմից[10]։
Շաքարի պարունակությունը սովորաբար չափվում է բրիքս աստիճանով։
Ճարպեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Լիպիդ տերմինը ներառում է մոլեկուլների բազմազան տեսականի և որոշ չափով գրավում է կենսաբանական ծագման համեմատաբար ջրում չլուծվող կամ ոչ բևեռային միացությունները, ներառյալ մոմերը, ճարպաթթուները (ներառյալ անհրաժեշտ ճարպաթթուները), ճարպաթթուներից ստացված ֆոսֆոլիպիդները, սֆինգոլիպիդները, գլիկոլիպիդները և տերպենոիդներ, ինչպիսիք են ռետինոիդները և ստերոիդները։ Որոշ լիպիդներ գծային ալիֆատիկ մոլեկուլներ են, իսկ մյուսներն ունեն օղակաձև կառուցվածք։ Ոմանք արոմատիկ են, իսկ մյուսները՝ ոչ։ Ոմանք փափուկ են, իսկ մյուսները՝ կոշտ։
Լիպիդների հիմնականում ոչ բևեռային են, սակայն կարող են պարունակել որևէ բևեռային խումբ։ Ընդհանրապես, դրանց կառուցվածքի մեծ մասը ոչ բևեռային կամ հիդրոֆոբ է («ջրավախ»), ինչը նշանակում է, որ այն լավ չի փոխազդում բևեռային լուծիչների հետ, ինչպիսին է ջուրը։ Նրանց կառուցվածքի մեկ այլ մասը բևեռային է կամ հիդրոֆիլ («ջրասեր») և հակված է կապվել ջրի նման բևեռային լուծիչների հետ։ Սա նրանց դարձնում է ամֆիֆիլային մոլեկուլներ (ունեն և՛ հիդրոֆոբ, և՛ հիդրոֆիլ մասեր)։ Խոլեստերինի դեպքում բևեռային խումբը պարզապես -OH խումբ է (հիդրոքսիլ կամ ալկոհոլ)։
Սննդային լիպիդների մեջ են մտնում այնպիսի յուղեր, ինչպիսիք են եգիպտացորենը, սոյայի հատիկները, կենդանական ճարպերից։ Դրանք շատ մթերքների բաղադրիչներ են, ինչպիսիք են կաթը, պանիրը և միսը։ Նրանք նաև հանդես են գալիս որպես վիտամին կրողներ։
Սննդային սպիտակուցներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սպիտակուցները կազմում են միջին կենդանի բջջի չոր քաշի ավելի քան 50%-ը և շատ բարդ մակրոմոլեկուլներ են։ Նրանք նաև հիմնարար դեր են խաղում բջիջների կառուցվածքի և գործունեության մեջ[11]։ Հիմնականում բաղկացած ածխածնից, ազոտից, ջրածնից, թթվածնից, իսկ որոշները նաև ծծումբից։ Դրանք կարող են պարունակել նաև երկաթ, պղինձ, ֆոսֆոր կամ ցինկ։
Սննդի մեջ սպիտակուցները անհրաժեշտ են աճի և գոյատևման համար, և պահանջները տարբեր են՝ կախված մարդու տարիքից և ֆիզիոլոգիայից (օրինակ՝ հղիությունից)։ Սպիտակուցը սովորաբար ստանում են կենդանական աղբյուրներից՝ ձու, կաթ և միս։ Ընկուզեղենը, հացահատիկը և հատիկեղենը ապահովում են սպիտակուցի բուսական աղբյուրներ, իսկ բուսական աղբյուրներից սպիտակուցների համակցումը օգտագործվում է սննդային ամբողջական քվոտաների հասնելու համար։
Սպիտակուցների նկատմամբ զգայունությունը, որպես սննդային ալերգիա հայտնաբերվում է ELISA թեստի միջոցով։
Ֆերմենտներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Ֆերմենտները կենսաքիմիական կատալիզատորներ են, որոնք օգտագործվում են մի նյութից մյուսը փոխակերպելու համար։ Նրանք նաև մասնակցում են քիմիական գործընթացն ավարտելու համար պահանջվող ժամանակի և էներգիայի կրճատմանը։ Սննդի արդյունաբերության շատ ասպեկտներ օգտագործում են կատալիզատորներ, ներառյալ թխումը, գարեջրիր պատրաստումը, կաթնամթերքի և մրգային հյութերի՝ պանիր, գարեջուր և հաց պատրաստելը։
Վիտամիններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Վիտամինները սննդանյութեր են, որոնք անհրաժեշտ են օրգանիզմում կարևոր նյութափոխանակության ռեակցիաների համար։ Սննդի մեջ դրանք բաժանվում են որպես ջրալույծ (վիտամին C) կամ ճարպալույծ (վիտամին E): Վիտամինների բավարար պաշարը կարող է կանխել այնպիսի հիվանդությունները, ինչպիսիք են բերիբերին, անեմիան և կարմրախտը, մինչդեռ վիտամինների չափից մեծ դոզա կարող է առաջացնել սրտխառնոց և փսխում կամ նույնիսկ մահ։
Հանքանյութեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սննդի մեջ պարունակվող հանքանյութերը մեծ են և բազմազան, որոնցից շատերը անհրաժեշտ են օրգանիզմի գոյատևման համար, մինչդեռ որոշ տարրերը կարող են վտանգավոր լինել, եթե դրանք օգտագործվեն չափազանց մեծ քանակությամբ։ Կալցիումը, մագնեզիումը և կալիումը համարվում են մակրոտարրեր, որոնց ընդունում են օրական 200 մգ-ից ավելի օրական չափաբաժնով (RDI, նախկինում առաջարկվող օրական չափաբաժինը (RDA)), մինչդեռ պղինձը, երկաթը, և ցինկը համարվում են միկրոտարրեր (RDI 200 մգ/օրից պակաս)։ Սրանք հայտնաբերված են շատ մթերքներում, բայց կարող են ընդունվել նաև սննդային հավելումների հետ։
Գունանյութեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սննդային գունանյութերը ավելացվում են ցանկացած սննդային նյութի գույնը փոխելու համար։ Այն հիմնականում զգայական վերլուծության նպատակով է։ Այն կարող է օգտագործվել հաճախորդի կողմից ընկալվող ապրանքի բնական գույնը մոդելավորելու համար, օրինակ՝ կարմիր ներկը (ինչպես FD&C Red No.40 Allura Red AC) կետչուպի կամ անբնական գույներ ավելացնելու այնպիսի սննդամթերքի, ինչպիսին Kellogg's Froot Loops-ն է։ Կարամելը բնական սննդային ներկանյութ է։ Արդյունաբերական ձևը` կարամելի գույնը, սննդի ամենաշատ օգտագործվող ներկանյութն է և հանդիպում է սննդամթերքում` զովացուցիչ ըմպելիքներից մինչև սոյայի սոուս, հաց և թթու վարունգ։
Համեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սննդի համը կարևոր է նրանում, թե ինչպիսին է սննդամթերքի հոտը և համը սպառողի համար, հատկապես զգայական վերլուծության մեջ։ Այս ապրանքներից մի քանիսը բնականորեն հանդիպում են աղի և շաքարի նման, բայց համային քիմիկոսները մշակում են այդ համերից շատերը սննդամթերքի համար։ Նման արհեստական բուրմունքները ներառում են մեթիլ սալիցիլատ, որը ստեղծում է ձմեռային կանաչի հոտ և կաթնաթթու, որը կաթին տալիս է թթու համ։
Սննդային հավելումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սննդային հավելումները այն նյութերն են, որոնք ավելացվում են սննդին համը պահպանելու կամ համը և տեսքը բարելավելու համար։ Գործընթացները նույնքան հին են, որքան քացախ ավելացնելը թթու դնելու համար կամ որպես էմուլգատոր էմուլսիայի խառնուրդների համար, ինչպիսին մայոնեզն է։ Դրանք, ընդհանուր առմամբ, թվարկված են «E համարով» Եվրոպական Միությունում կամ GRAS-ով («ընդհանուր առմամբ ճանաչվում է որպես անվտանգ») Միացյալ Նահանգների Սննդի և Դեղերի վարչության կողմից։
Տես նաև[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
- ↑ John M. de Man.1999. Principles of Food Chemistry (Food Science Text Series), Springer Science, Third Edition
- ↑ John M. de Man. 2009. Food process engineering and technology, Academic Press, Elsevier: London and New York, 1st edn.
- ↑ Eben Horsford (editor) (1848) Liebig's Researches on the Chemistry of Food and the Motion of the Juices in the Animal Body, Lowell Massachusetts
- ↑ Proc. Soc. Analyt. Chem p. 234
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Pieter Walstra. 2003. Physical Chemistry Of Foods. Marcel Dekker, Inc.: New York, 873 pages
- ↑ 6,0 6,1 Physical Chemistry Of Food Processes: Fundamental Aspects.1992.van Nostrand-Reinhold vol.1., 1st Edition,
- ↑ Henry G. Schwartzberg, Richard W. Hartel. 1992. Physical Chemistry of Foods. IFT Basic Symposium Series, Marcel Dekker, Inc.:New York, 793 pages
- ↑ Physical Chemistry of Food Processes, Advanced Techniques, Structures and Applications.1994. van Nostrand-Reinhold vols.1-2., 1st Edition, 998 pages; 3rd edn. Minuteman Press, 2010; vols. 2-3, fifth edition (in press)
- ↑ Ostrowski, Matthew P.; La Rosa, Sabina Leanti; Kunath, Benoit J.; Robertson, Andrew; Pereira, Gabriel; Hagen, Live H.; Varghese, Neha J.; Qiu, Ling; Yao, Tianming; Flint, Gabrielle; Li, James; McDonald, Sean P.; Buttner, Duna; Pudlo, Nicholas A.; Schnizlein, Matthew K.; Young, Vincent B.; Brumer, Harry; Schmidt, Thomas M.; Terrapon, Nicolas; Lombard, Vincent; Henrissat, Bernard; Hamaker, Bruce; Eloe-Fadrosh, Emiley A.; Tripathi, Ashootosh; Pope, Phillip B.; Martens, Eric C. (April 2022). «Mechanistic insights into consumption of the food additive xanthan gum by the human gut microbiota». Nature Microbiology. 7 (4): 556–569. doi:10.1038/s41564-022-01093-0. PMID 35365790. S2CID 247866305.
- ↑ Makki, Kassem; Deehan, Edward C.; Walter, Jens; Bäckhed, Fredrik (June 2018). «The Impact of Dietary Fiber on Gut Microbiota in Host Health and Disease». Cell Host & Microbe. 23 (6): 705–715. doi:10.1016/j.chom.2018.05.012. PMID 29902436. S2CID 49211123.
- ↑ Food and Nutrition Board of Institute of Medicine (2005) Dietary Reference Intakes for Protein and Amino Acids, page 685, from National Academies Press
Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
- Fennema, O.R., Ed. (1985). Food Chemistry - Second Edition, Revised and Expanded. New York: Marcel Dekker, Inc.
- Francis, F.J. (2000). "Harvey W. Wiley: Pioneer in Food Science and Quality." In A Century of Food Science. Chicago: Institute of Food Technologists. pp. 13–14.
- Potter, N.N. and J.H. Hotchkiss. (1995). Food Science, Fifth Edition. New York: Champman & Hall. pp. 24–68.
- U.S. Food and Drug Administration. (1993). Everything Added to Food in the United States. Boca Raton, Florida: C.K. Smoley (c/o CRC press, Inc.).