Structura si compozitia fizico-chimica produselor agroalimentare

Structura si compozitia fizico-chimica produselor agroalimentare

Pentru o corecta aplicare a tehnologiilor frigorifice este necesara o cat mai corecta si completa cunoastere a caracteristicilor fizico-chimice a produselor agroalimentare si a modului in care acestea variaza in functie de temperatura.

1 Structura celulara

Din punct de vedere al structurii interne, produsele agroalimentare se prezinta sub una din urmatoarele forme:

- sisteme celulare cu celule complet intacte (carnea, pestele s.a.);

- sisteme celulare cu celule complet distruse (piureurile, faina, cacao s.a.);

sisteme celulare sau necelulare cu celule partial distruse (lapte, miere de albine, sucurile de fructe, zaharul s.a.);

- sisteme combinate (unele preparate culinare s.a.).

Din punct de vedere fizico-chimic, alimentele se prezinta intr-o stare foarte larga de stari, de la faza complet lichida pana la faza pur solida, de la simple solutii apoase pana la dispersii coloidale complexe. Produsele agroalimentare naturale ca sisteme complexe constau dintr-o faza continua de solutii apoase si o faza dispersata (dispersii coloidale, ionice sau moleculare, electrolitice sau neelectro­litice si suspensii). In general, dispersiile coloidale sau suspensiile sunt stabilizate de sarcini de interfata, de o faza vascoasa continua, de particole hidratate si de agenti activi de suprafata.

Fructele si legumele, ca sisteme celulare cu celule complet intacte difera de celelalte sisteme printr-o structura mai complexa si printr-un grad mai mare de organizare a acesteia. Ele sunt sisteme multicelulare vii, alcatuite dintr-o multitudine de celule de structura si functionalitate diferite, fiecare dintre acestea alcatuind o entitate a carei activitate este subordonata ansamblului.

Principala caracteristica a celulei vii este activitatea metabolica, activitate care reprezinta totalitatea transformarilor materiale care mentin viata si cresterea. Cea mai mare parte a tesuturilor comestibile de origine vegetala o constituie parenchimul, tesut care este alcatuit din celule vii implicate in activitati ca: respiratia, asimilarea si transpiratia. Parenchimul produselor maturate poate contine cantitati apreciabile de zahar, amidon si/sau proteine. Diametrul celulelor de parenchim este cuprins, in general, intre 50 si 300 (in cazul marului, 200).

Toate celulele plantelor sunt alcatuite dintr-un perete celulozic si protoplasma. Fiecare celula are un perete celular subtire. Unele au un al doilea perete celular inferior primului. Celulele parenchimului celor mai multe legume si fructe au numai peretele primar. In unele cazuri, cum ar fi la mazare, exista insa si cel de-al doilea perete celular.

Compozitia medie a peretilor primari ai celulelor raportata la greutatea totala a substantelor componente, exclusiv apa, este: 53% semiceluloza, 30% celuloza; 7% substante proteice si 5% proteine. Uneori poate fi prezenta si lignina, substanta organica complexa. In compozitia peretilor secundari ai celulelor, princi­palul constituent este celuloza. In peretii celulelor apa se gaseste sub forma legata in componenti hidrofili cum ar fi pectina si semicelulozele. La fructe, in cele mai multe cazuri, celulele, nu sunt in contact perfect, intre ele existand spatii intercelulare cu gaze. De exemplu, in tesuturile merelor mature 2025%, iar la piersici peste 15% din volumul total al tesuturilor reprezinta spatii intercelulare cu gaze.

Protoplasma este separata de peretii celulei de catre o membrana care controleaza mecanismele de trecere a apei si solutiilor in si din celula, avand si rol de catalizator.

In interiorul celulei se afla citoplasma (un fluid vascos sau gel) in care se gasesc pe langa nucleu, o serie intreaga de organite celulare (mitocondriile, cloroplastele, aparatul lui Golgi etc).

La celulele mature, in interiorul celulei se gaseste o vacuola centrala plina cu suc vacuolar format din solutii apoase de saruri si metaboliti intermediari, pigmenti, protide, excretii si aleurona. Sucul vacuolar, care contine solutii de zaharuri, acizi organici, saruri si proteine, are un rol important in procesele osmotice din celula. In cazul celulelor mature, citoplasma se prezinta sub forma unui strat subtire langa suprafata interioara a membranei celulare si este despartita de sucul vacuolar printr-o membrana semipermeabila denumita tonoplast. In cazul celulelor tinere, citoplasma ocupa cea mai mare parte din volumul celulei, aceste celule continand doua sau mai multe vacuole de dimensiuni relativ mici.

In cazul sistemelor celulare de origine animala, elasticitatea tesuturilor de legatura a peretilor celulelor este mai mare, iar continutul de apa este mai mic decat in cazul produselor vegetale.

2. Compozitia fizico-chimica

Principalii constituenti ai produselor agroalimentare sunt: apa, proteinele, lipidele si glucidele. Pe langa acestea mai sunt anumite cantitati de saruri minerale, mici cantitati din diferiti compusi organici cu rol vital biocatalizator in procesele de metabolism ale organismelor vii (enzime, vitamine si provitamine), virusuri, bacterii, mucegaiuri si drojdii.

In tabelul   sunt redate valori medii pentru principalii componenti ai catorva dintre produsele agroalimentare.

Tabelul Valori medii ale principalilor constituenti ai unor produse alimentare

Apa constituie, asa cum se poate observa si din tabelul , cel mai important constituient. Continutul in apa si modul in care acesta se afla in raport cu ceilalti constituienti, determina caracteristicile unui produs alimentar si modul de comportare la racirea acestuia.

Dupa modul in care poate fi indepartata sau separata in raport cu ceilalti constituienti ai produsului, apa poate exista sub una din urmatoarele forme:

- apa libera, care poate fi indepartata prin presare, centrifugare, evaporare etc, sau separata prin congelare. In functie de efectele indepartarii apei libere dintr-un produs alimentar, aceasta poate fi apa in exces (indepartarea ei nu are nici un efect asupra activitatii celulare) si apa de metabolism (indepartarea ei are efecte neletale asupra metabolismului celular). In apa libera se pot gasi mici cantitati de saruri (in special saruri de sodiu si de potasiu) sau alte componente chimice.

- apa legata, care nu poate fi indepartata total, ci poate fi separata partial prin congelare. Termenul de apa legata este similar cu termenul de apa imobilizata. Apa din alimente poate fi legata prin forte secundare cum ar fi cele de forma dipol-ion, dipol-dipol, forte de tip Van der Waals.

Dupa modul de fixare in contextul structurii produselor alimentare, apa legata poate fi:

apa de constitutie, fixata in general prin legaturi de hidrogen. In functie de efectele indepartarii ei poate fi apa vitala (indepartarea ei are efecte letale) si apa remanent congelabila (care poate fi eliminata inca dupa moartea celulei):

apa de adsorbtie legata foarte puternic in cadrul structurii produsului alimentar si care nu poate fi solidificata nici la temperaturi foarte scazute de congelare; apa de adsorbtie poate fi indepartata partial prin liofilizare;

apa de cristalizare care poate fi indepartata numai prin distrugerea structurii cristaline sub efectul temperaturilor inalte.

Proteinele sunt compusi care contin in principal atomi de carbon, azot, oxigen si hidrogen si cantitati mici de alte substante formand macromolecule complexe.

Substantele proteice sunt compuse din aminoacizi care cuprind grupul amino si grupul acid COOH. Ele constituie 'materialele de constructie' ale fibrelor musculare, avand un rol esential in constructia si functionarea materiei vii atat animale dar si vegetale.

Proteinele se gasesc in majoritatea produselor agroalimentare perisabile, constituind elementele nutritive de baza in cele mai multe alimente de origine animala (in special albumine si globuline).

In tesuturile musculare, proteinele se gasesc sub forma de proteine miofibrilare (solubile in solutii cu o putere ionica de 0,41,5), proteine sarcoplasmatice (solubile in apa sau solutii saline diluate) si proteine ale tesuturilor de legatura (colagen, elastina si altele care nu sunt solubile in solutii apoase neutre). In tabelul 1.2., spre exemplificare, sunt redate concentratiile procentuale ale celor trei tipuri de proteine in muschiul longissimus dorsi de la vita. Proteinele miofibrilare determina calitatea texturii muschiului si marea capacitate de legare a apei, atingand pana la 75% din totalul proteinelor din muschiul de peste si pana peste 50% din totalul proteinelor din muschiul de vita. Proteinele miofibrilare sunt in principal miozina (aproximativ 54% in greutate din totalul proteinelor miofibrilare) si actina (circa 27%) apoi, cu ponderi mai mici tropomiozina si troponina. Moleculele de miozina au o greutate moleculara de circa 500000 si au o structura elicoidala. Moleculele de actina - G, cu o greutate de circa 47000, au o structura sferica cu un diametru de aproximativ 65 angstr mi, structura care este stabilizata prin legaturi nepolare sau legaturi de hidrogen.

Proteinele sarcoplasmatice, in marea lor majoritate, actioneaza ca enzime glicolitice. Dintre cele peste 50 de enzime sarcoplasmatice, gliceraldehidfosfatdehidrogenaza este cea mai importanta avand o pondere de 20% in proteinele sarcoplasmatice ale retelei musculare. Cele mai multe proteine sarcoplasmatice se gasesc in spatiile dintre fibrele musculare si sunt sub forma globulara. Se presupune ca ele nu se gasesc in interiorul fibrelor musculare, avand un rol insemnat in procesele de contractie ale muschiului.

Tabelul 1.2. Concentratia grupelor de proteine si substante neproteice

in muschiul longissimus dorsi de vita

Hidrolazele, cum ar fi de exemplu catepsinele si - galactozidazele se gasesc in celule numite lisozomi. Catepsinele au o activitate proteolitica si pot avea un anumit rol in fragezimea muschiului in procesele postmortem. In muschii de peste catepsinele au o activitate de 10 ori mai mare decat muschii mamiferelor. Catepsinele pot fi eliberate din lisozomii muschiului atunci cand se produce ruptura membranelor lipoproteice la scaderea pH-ului in timpul procesului de glicoliza postmortem. Desi proteinele miofibrilare sunt hidrolizate in masura neinsemnata de catre catepsine, este posibila desfacerea unui numar suficient de legaturi peptidice pentru a determina o crestere insemnata a fragezimii muschiului.

In lapte proteinele sunt reprezentate in special de cazeina.

Enzimele sunt constituite din proteine si actioneaza ca biocatalizatori controland diverse procese fiziologice. Exista un mare numar de enzime diferite, fiecare controland unul si numai unul dintre diversele procese biochimice. Ele sunt distruse prin incalzire la temperaturi de 60100°C, dar pot rezista chiar la temperaturi foarte scazute, determinand in unele cazuri modificari nedorite in timpul depozitarii produselor alimentare racite.

Lipidele sau grasimile reprezinta o sursa de energie pentru organism ceea ce face ca ele sa aiba o distributie oarecum concentrata in corpul animalelor. Lipidele sunt esteri ai acizilor grasi, partiali saturati, cum de exemplu este acidul oleic. Lipidele saturate au formula chimica generala . Lipidele intramusculare pot fi fosfolipide, trigliceride, acizi grasi liberi si steroide. Fosfolipidele continute in muschii scheletici reprezinta 0,31% din greutatea acestora. Dintre fosfolipide, fosfotidilcolina si fosfotidiletanolamina reprezinta ponderea cea mai mare in muschii mamiferelor, a animalelor marine si a pasarilor. Trigliceridele continute in lipidele intramusculare sunt foarte variabile ca pondere la diferite specii de animale, dar ponderea lor in cadrul lipidelor este mult mai mare decat a fosfolipidelor. Ponderea acizilor grasi este mult mai mica. Continutul de colesterol din muschi variaza intre 40 mg si 140 mg la 100g. Lipidele sunt reprezentate in lapte in special de trigliceride care sunt preponderente. In galbenusul de ou lipidele sunt constituite din trigliceride, fosfolipide si colesterol.

Glucidele (zaharuri sau hidrati de carbon) sunt compusi chimici care contin carbon, hidrogen si oxigen intr-o proportie de aproximativ 1:2:1. Hidratii de carbon reprezinta circa 90% din substanta uscata a fructelor si legumelor in timp ce in corpul animalelor sanatoase acestia reprezinta doar 14% (continutul de polizaharide scade foarte mult imediat dupa sacrificare). Moleculele de glucide au greutati moleculare foarte diferite, de la mici molecule hidrosolubile pana la polimeri complexi care formeaza in apa solutii coloidale.

Glucidele se formeaza in plante in urma fotosintezei si constituie sursa principala de energie chimica necesara metabolismului celular. In forme de inalta polimerizare, ele alcatuiesc elementele esentiale ale peretilor celulari. In plante, glucidele se prezinta sub diverse forme: monozaharide, polizaharide, oligozaharide si mucopolizaharide.

Monozaharidele deriva din polialcooli cu 37 atomi de carbon la care o functie alcoolica este oxidata fie in functie aldehidica fie in functie cetonica. Zaharurile cu functie aldehidica se numesc aldoze (de exemplu, glucoza) iar cele cu functie cetonica se numesc cetoze (de exemplu fructoza).

Sarurile minerale se gasesc in muschi sub forma de ioni si au un rol important asupra capacitatii de legare a apei, texturii, culorii si gustului. Ionii anorganici sub forma adsorbita sau dizolvata, prezenti in muschi, sunt ionii de K, Na, Mg, Ca, Fe si Zn. Cele mai multe saruri de potasiu se gasesc in interiorul fibrelor muschilor, iar majoritatea celor de sodiu se gasesc in solutiile apoase extracelulare.

In lapte, substantele minerale contin calciu, potasiu, magneziu si sodiu sub forma de cloruri, fosfati, citrati. In galbenusul de ou se gasesc de asemenea saruri minerale de calciu, potasiu, magneziu si sodiu. In produsele vegetale, sarurile minerale se gasesc cel mai adesea in solutii, disociate in ioni, avand un rol foarte important in metabolismul celulei.

Sarurile minerale de structura, deloc sau putin solubile, se gasesc in procente foarte mici. Sarurile minerale dizolvate si disociate in ioni participa la procesele celulare intr-un mod specific: ele nu pot fi produse la nivel celular si nici degradate.

Principalii cationi din celulele vegetale sunt magneziu, potasiu, calciu si sodiu iar principalii anioni sunt si Cl.

In celula, concentratia ionilor se mentine intr-un echilibru dinamic. Dezechilibrarea acestei concentratii conduce la modificari ale permeabilitatii, vascozitatii si conductibilitatii protoplasmei.

Vitaminele sunt compusi organici care nu pot fi formati de catre organism, dar ele ajung din exterior prin hrana ca atare sau ca provitamine a caror formare este completata de catre organism.

Virusurile sunt agenti infectiosi capabili sa produca diferite boli. Ei nu sunt afectati de temperaturile scazute ceea ce face ca un aliment care a fost infectat sa ramana infectios si dupa aplicarea unui tratament frigorific.

Microorganismele prezente in produsele alimentare de origine animala pot fi bacterii, mucegaiuri si drojdii. In mod obisnuit microorganismele sunt de nedorit in alimente deoarece ele determina alterarea acestora. Unele microorganisme pot transmite anumite boli omului. Totusi unele microorganisme sunt necesare in procesele de fabricare ale unor produse alimentare (salamurile crude, unele produse lactate s.a.)

In organismul animalelor se gasesc microorganisme in cavitatea bucala, in stomac si intestine, unele fiind bacterii de putrefactie (Proteus vulgaris, Clostridium, Sporagenes s.a.), iar altele fiind bacterii patogene (Salmonella, Escherichia coli s.a.). Microorganismele care se gasesc in alimente sunt patrunse din exterior in timpul aplicarii proceselor tehnologice de fabricatie.

3. Valoarea nutritiva

Valoarea nutritiva a unui produs alimentar se reflecta in principal prin cantitatile de proteine, calciu, fier, vitamine (C, , s.a.) si prin aportul de energie transportata de produs.

Carnea de mamifere, de pasare si pestele reprezinta sursele principale de proteine in alimentatia omului. Pe langa proteine, ele constituie si surse de alti componenti nutritivi cum ar fi fierul, vitaminele si energia calorica.

Componentii nutritivi din carnea de mamifere , de pasare, de peste, practic nu sufera pierderi sau deteriorari, in conditii normale, pe parcursul proceselor de fabricatie. Exista mici exceptii cum ar fi de exemplu pierderile de suc la carnea transata.

Laptele, branza, alte produse pe baza de lapte sunt surse importante de calciu, proteine, riboflavina (vitamina ) si de asemenea, sunt surse de vitamina A si (tiamina). In plus, unele produse alimentare cum ar fi inghetata si branza, reprezinta surse importante de energie calorica necesara organismului.

Grasimile alimentare reprezinta principalele surse de energie continand de asemenea si vitamine (A, D).

Fructele si legumele furnizeaza aproape in totalitate vitamina C din alimentatia omului si reprezinta surse importante din vitamina A, tiamina (vitamina ) si niacina (vitamina PP).

Vitamina C (acid ascorbic) este o componenta nutritiva majora si se prezinta sub trei forme principale: acid ascorbic redus care in mod uzual reprezinta valoarea de vitamina C dintr-un produs; acid dehidroascorbic care, ca forma oxidata, reprezinta valoarea de vitamina C dintr-un produs; acid L - dicetogluconic care nu mai are proprietati vitaminice. Avand in vedere faptul ca cea de-a III-a forma (acidul L - dicetogluconic) nu este folosit de catre organism ca vitamina C, iar forma dehidratata de acid ascorbic este foarte instabila si rareori determinata, rezulta ca in cele mai multe cazuri valoarea de vitamina C a unui produs se refera la forma redusa de acid ascorbic.