Pārtikas ķīmija

Pārtikas ķīmija ir ķīmijas apakšnozare, kurā pēta pārtikas sastāvdaļu bioloģiskās un nebioloģiskās norises un sastāvdaļu savstarpējo mijiedarbību. Papildus bioķīmijā kā pārtikas galvenās pamatsastāvdaļas izšķirtajiem ogļhidrātiem, taukiem un olbaltumvielām, pārtikas ķīmijā kā īpašas sastāvdaļu grupas izdala arī ūdeni, vitamīnus, minerālvielas, fermentus un pārtikas piedevas. Šajā zinātnes apakšnozarē pēta arī produktu izmaiņas pārtikas apstrādē un šo posmu uzlabošanas un uzraudzības veidus, piemēram, piena produktu raudzēšanas uzlabošanu ar īpaši atlasītiem mikroorganismiem, kas pārvērš laktozi pienskābē, vai citronskābes vai citas skābes šķīduma izmantošanu, lai svaigi mizota ābola virsmā nenotiku fermentatīvā brūnēšana.

Vēsture 
Zinātniska pieeja pārtikai un uzturzinātnei radās Hamfrijam Deivijam un Johanam Gotšalkam Valēriusam un citiem autoriem savos darbos pievēršoties lauksaimniecības ķīmijai, piemēram, Deivija publikācija “Lauksaimniecības ķīmijas elementi” Lauksaimniecības padomes lekciju kursam (1813) Apvienotajā Karaliste, kas kalpoja par pamatu profesionāļiem visā pasaulē un piedzīvoja 5 izdevumus. Pie agrākiem darbiem uzskatāms Kārlis Vilhelms Šēle, kurš 1785. gadā no āboliem izdalīja ābolskābi (C4H6O5).

1874. gadā tika izveidots Pārtikas produktu dienests ar mērķi lietot pētīšanas metodes sabiedrības labā. Pirmie eksperimenti tika veikti ar maizi, pienu un vīnu. Nebija svarīga pārtikas piegādes kvalitāte vai tās sastāvs.

Koledžu un universitāšu attīstība Pasaulē (viszīmīgāk, ASV) ļāva paplašināties pārtikas ķīmijai, tāpat kā pētījumiem par uzturvielām, jo īpaši, Viena grauda pētījumā no 1907. līdz 1911. gadam. 19. gadsimta beigās Hārvijs Vašingtons Vailijs (Harvey Washington Wiley) ASV Lauksaimniecības departamentā veica pētījumus, radot priekšnosacījumus ASV un Pārtikas un zāļu pārvaldes izveidei 1906. gadā. 1908. gadā ASV Ķīmiķu savienība nodibināja Lauksaimniecības un pārtikas nodaļu, bet 1995. gadā Pārtikas tehnoloģijas institūts nodibināja Pārtikas ķīmijas nodaļu.

Pārtikas ķīmijas jēdziens ir attīstījies no fizikālās un ķīmiskās termodinamikas, ķīmisko saišu savstarpējo mijiedarbību, kvantu mehānikas un reakciju kinētikas, biopolimēru zinātnes, šķīdumu savstarpējās iedarbības, atoma sadalīšanās, stikla attīstību un tas ir kā pamats pārtikas fizikālajai ķīmijai.

Ūdens pārtikā 

Pārtikas viena no galvenajām sastāvdaļām ir ūdens, kas sastāda 50% gaļas produktos, līdz 95% salātu lapu un gurķu, tomātu produktu. Tā arī ir lieliska vide baktēriju augšanai un pārtikas sabojāšanai, ja tā nav atbilstoši apstrādāta. Viens no veidiem, kā tas tiek mērīts, ir ūdens aktivitāte produktā, kas ir ļoti svarīgi produkta uzglabāšanas laikā. Lai pagarinātu uzglabāšanas laiku viens no galvenajiem pamatnosacījumiem ir samazināt ūdens daudzumu vai mainīt ūdens fizikālo stāvokli. Šādas metodes ietver žāvēšanu un sasaldēšanu. Tas sevī ietver fizikālķīmisku reakcijas principus un pārmaiņas. Kas notiek pārtikas ražošanas, pārvietošanas un uzglabāšanas laikā.

Ogļhidrāti 

Satur 75% no bioloģiskās pasaules un 80% no pārtikas, kuru patērē cilvēks. Vispazīstamākais ogļhidrāts ir saharoze, ogļhidrātu vienkāršākais veids ir monosaharīdi, kas satur oglekli, ūdeņradi un skābekli, attiecībā 1:2:1 ar vispārīgo formulu CNH2NON, kur N nevar būt mazāks par 3. Glikoze, tāpat kā fruktoze, pieder pie monosaharīdiem,. Savienojot tos savā starpā, var iegūt saharozi, vienu no labāk pazīstamākajiem cukura produktiem.
Polisaharīdi tiek veidoti no vairākiem monosaharīdiem. Pie polisaharīdiem pieder pektīns, dekstrāns, agars un ksantāns. Cukura saturu produktos mēra Briksa grādos (Bx).

Lipīdi 

Tauki ir visai daudzveidīga bioorganisko vielu grupa. Lipīdi ir ūdenī nešķīstoši vai slikti šķīstoši savienojumi, kuri labi šķīst nepolāros organiskajos šķīdinātājos. Pie lipīdiem pieder: taukskābes, tauki, eļļas, vaski, terpēni, fosfolipīdi, steroīdi. Daži lipīdiem ir lineāra molekulu uzbūves, citiem ir gredzenveida struktūra, daži ir aromatiski, daži ne.
Lielākā daļa tauku ir polāri, bet daļa nepolāri. Lielākā daļā to struktūras ir nepolāra vai hidrofobiska, kas atgrūž ūdeni, vai citas līdzīgas vielas. Otra struktūras daļa ir polara jeb hidrofīliska, kas piesaista ūdeni vai citas līdzīgas vielas. Tas padara tās par amfifīliskām molekulā, kas sevī ietver gan hidrofobisku, gan hidrofobisku daļu. Holesterīnā polarā grupa ir — OH (Hidroksīds vai spirts).
Lipīdi pārtikas produktos sastopami, ka eļļas, piemēram, sojas, graudu, augu tauki, piena, siera un gaļas daļas. Tie veic arī vitamīnu transporta funkciju.

Pārtikas olbaltumvielas 

Olbaltumvielas veido vairāk kā 50% dzīvās šūnas sausnes svara un ir ļoti komplicētas makromolekulas. Tām ir fundamentāla nozīme šūnu uzbūvē un darbībā. Sastāv galvenokārt no oglekļa, slāpekļa, ūdeņraža un skābekļa un nedaudz sēra, kā arī tās var saturēt dzelzi, varu, fosforu vai cinku.

Pārtikā olbaltumvielas ir svarīgas augšanai un izdzīvošanai, un nepieciešamība ir atkarīga no cilvēka vecuma un fizioloģijas (piemēram, grūtniecības). Olbaltumvielas parasti iegūst no dzīvnieku izcelsmes produktiem: olām, piena un gaļas. Rieksti, graudi un pākšaugi nodrošina augu izcelsmes olbaltumvielas. Šie dārzeņi tiek izmantoti, lai iegūtu pilnvērtīgas uztura olbaltumvielas.

ELISA testā konstatē jutību pret olbaltumvielām kā pārtikas alerģiju.

Fermenti 

Fermenti ir bioķīmiski katalizatori, ko izmanto vienas vielas pārveidošanas procesos. Tie ir iesaistīti arī ķīmiskā procesa laika un enerģijas apjoma samazināšanā. Daudzos pārtikas rūpniecības aspektos — siera, alus un maizes ražošanai izmanto katalizatorus, tostarp maizes cepšanu, alus vārīšanu, piena un augļu sulas.

Vitamīni 

Vitamīni ir uzturvielas, kas nelielā daudzumā nepieciešamas būtiskām vielmaiņas reakcijām organismā. Tās ir sadalītas kā ūdenī šķīstošs (C vitamīns) vai taukos šķīstošs (E vitamīns). Pietiekams vitamīnu daudzums var novērst beribēri, anēmiju, čūlas un citas slimības, kamēr Hipervitaminoze var izraisīt nelabumu, vemšanu un pat nāvi.

Minerālvielas 

Diētiskie minerāli pārtikas produktos ir daudz un dažādi, kas ir nepieciešami, lai funkcionētu, savukārt citi mikroelementi var būt bīstami, ja tos patērē pārmērīgos daudzumos. Lielākā daļa minerāli ar dienas devu (RDI, agrāk ieteicamā dienas deva (RDA)) vairāk nekā 200 mg/dienā ir kalcijs, magnijs un kālijs, bet svarīgās vielas (RDI mazāk nekā 200 mg/dienā) ir varš, dzelzs un cinks. Tās atrodami daudzos pārtikas produktos, bet minerālvielas var uzņemt arī ar uztura bagātinātājiem.

Krāsvielas 

Krāsvielas pārtikai pievieno, lai mainītu vai pastiprinātu tās dabīgo krāsu un atjaunotu krāsu, kas zudusi tehnoloģiskās apstrādes laikā. Karamele ir dabiska pārtikas krāsviela, ir visplašāk lietotā pārtikas krāsviela, kas atrodama no bezalkoholiskajiem dzērieniem līdz sojas mērcei, maizei un marinējumiem.

Garšvielas un smaržvielas 

Aromatizēšana un garšvielu pievienošana pārtikā ir svarīga, lai produkts smaržotu un būtu garšīgs patērētājam. Daži no šiem produktiem tiek ražoti dabīgi, kā sāls un cukurs, bet smaržvielu ķīmiķi izstrādā daudzus mākslīgus pārtikas produktu aromātus. Šādas mākslīgas vielas ir metilsalicilāts, kas rada mūžzaļo augu aromātu un pienskābe, kas pienam piešķir piesātinātāku garšu.

Pārtikas piedevas 

Pārtikas piedevas ir dabīgas vai mākslīgas izcelsmes ķīmiskās vielas, ko neatkarīgi no to uzturvērtības parasti nelieto uzturā atsevišķi kā pārtiku vai raksturīgas uztura sastāvdaļas, bet apzināti pievieno pārtikai apstrādes, pārstrādes, ražošanas, iesaiņošanas, uzglabāšanas vai pārvadāšanas laikā, minētajām vielām vai to blakusproduktiem kļūstot par pārtikas produktu sastāvdaļu.

Atsauces

Izmantotā literatūra 

 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.).

Ārējās saites 
 Viestura Kreicberga šķirklis "Pārtikas ķīmija" Nacionālajā enciklopēdijā. (skatīts 19.12.2018)
 American Chemical Society Agricultural and Food Chemistry Division 
 Institute of Food Technologists Food Chemistry Division
 The Penn State University, Food Chemistry, US
 Wageningen University, Laboratory of Food Chemistry, The Netherlands

Ķīmijas nozares