Prof. Dr Midhat Jašić
Tehnološki fakultet, Tuzla
Tel.: +387 61 721060; +387 35 320745
E-mail: jasic_midhat@yahoo.com
E-mail: midhat.jasic@untz.ba
.

.
Za razumijevanje značaja izučavanja sastojaka hrane potrebno je kvalitetno razumjeti: šta je to hrana, šta prehrana, šta su nutrijenti i kako se obajašnajva fizikalno-hemijska konstitucija hrane. Zbog toga ćemo pojasniti ove pojmove i termine.

Pod hranom se podrazumijeva svaka supstanca ili proizvod, prerađen, djelimično prerađen ili neprerađen, koji je namijenjen da ga ljudi konzumiraju ili se razumno može očekivati da će ga konzumirati. Hrana uključuje i sve supstance namjerno dodane hrani tokom njene proizvodnje. Hrana je sve što se jede i pije , a odgovara higijenskim i kvalitetnim zahtjevima za ljudsku prehranu. U hranu spada i voda, pa i tzv. tehnološka voda koja se tokom postupka proizvodnje koristi za miješanje, otapanje, namakanje ili bubrenje. U hranu spadaju i pića, žvakaće gume, prehrambeni aditivi i svaka druga tvar koja se ugrađuje u hranu tokom njene proizvodnje. Hrana koju čovjek konzumira može biti porijeklom od:

• biljaka (voće, povrće, žitarice, leguminoze, uljarice, začinske biljke, sjeme različitih biljaka, gljive, zelene alge)
• životinja (meso, mlijeko, jaja, med, plodovi mora, itd.)
• drugih organizama (mikroorganizmi)
• ostalog porijekla (voda).

U prehrambene proizvode ne spadaju: stočna hrana, žive životinje (osim ako kao takve nisu pripremljene za jelo) , biljke prije berbe ili žetve, lijekovi i medicinski proizvodi, kozmetički proizvodi, duhan i duhanski proizvodi, narkotičke ili psihotropske supstance, rezidue i kontaminanti.
U nutritivnom i biohemijskom smislu, hrana je bilo koja materija koja apsorpcijom u ljudskom organizmu doprinosi očuvanju homeostaze tijela. Hranu unosimo u organizam u cilju zadovoljenja gladi i prehrambenih potreba oraganizma.

Dnevna prehrana ljudi sadrži više od 100000 supstanci . Potebno je znati da su samo oko 300 hemijskih supstanci klasificirane kao nutritivne materije. Mnoge hemijske komponente ulaze u sastav hrane, a služe za njeno poboljšanje i mogu biti korisne (ali i štetne). Takvi su aditivi (konzervansi, emulgatori, stbilizatori, antioksidanti) koji unaprjeđuju preradu, skladištenje i pakovanje hrane. Takođe postoje i prirodne komponente hrane koje se nalaze u tragovima kao što su aromatske tvari i flavori , začini, mirisi, boje, fitohemikalije i mnogi drugi prirodni produkti koji poboljšavaju svojstva, okus i stabilnost hrane. Ove komponente nemaju energetsku vrijednost ali imaju značajnu biološku ulogu u organizmu.

Hrana koju jedemo može biti svježa i prerađena. Svježa hrana su dijelovi biljaka (plodovi, listovi, cvjetovi) ili cijele biljke. Sa aspekta biologije hranimo se stanicama, tkivima ili organima biljaka ili životinja. Tokom prerade mijenja se fizikalno-hemijska struktura hrane ali se hranjive komonente uglavnom zadržavaju.

Hrana je tvar, a prehrana je proces. Prehrana je proces ili skupina metaboličkih procesa koji se odvijaju u organizmu od momenta uzimanja hrane (jedenja) do njenog iskorištenja u energetske, gradivne ili regulacijsko zaštitne svrhe. To podrazumijeva podmirenje organizma energijom, proteinima, ugljičnim hidratima, lipidima, mineralima i vitaminima te dnevno uzimanje hrane radi zadovoljenja osjećaja gladi i potreba u nutrijentima. Prehranom se održava homeostaza organizma, odnosno prirodna ravnoteža u organizmu uz održavanje normalnog unutarnjeg okruženja. Drugim riječima, homeostaza označava ravnotežu i sposobnost adaptiranja organizma na promijenjene uvjete u okolišu, a prehrana pri tome ima krucijalnu ulogu.

Nutrijenti su hemijski sastojci hrane. Tvari iz namirnica koje unosimo u organizam, a pri tome se iskorištavaju na taj način što daju organizmu potrebnu energiju, gradivne i regulacijsko-zaštitne komponente, zovemo nutrijentima. To su temeljni hemijski sastojci hrane koji se u probavnom traktu mogu apsorbirati da bi zatim zadovoljili metaboličke potrebe organizma. U organizmu se vrlo dinamično hemijski transformišu u različite spojeve koji omogućuju pravilno funkcioniranje tijela. Tek poznavanje funkcije nutrijenata u organizmu čovjeka omogućava koncipiranje pravilne ili balansirane prehrane za svaku životnu dob, spol, profesiju i sl. Pravilna prehrana omogućava optimalne performanse ljudskog tijela, a bazirana je na konceptu optimalnog i balansiranog unosa nutrijenata, odnosno na cjelovitosti nutritivnih sadržaja hrane. Svaki nutrijent ima jednu ili više slijedećih funkcija:

• predstavlja izvor energije za metabolizam ili aktivnost

• osigurava gradivne materija za zaštitu ili podršku tijela, npr. kostiju, mišića, tetiva, kože i sl.

• učestvuje u regulaciji tjelesnih procesa, uključujući metabolizam, rast, saniranje oštećenja i reprodukciju. Nutrijenti mogu biti kategorisani kao:

• makronutrijenti: proteini, ugljični hidrati, lipidi i voda

• mikronutrijenti: vitamini i minerali

Termini mikronutrijenti i makronutrijenti odnose se isključivno na količinske potrebe organizma. Nedostatkom nutrijenata u hrani dolazi do karakterističnih biohemij¬skih i fizioloških promjena kao i bolesti. Sadržaj nutrijenata u jedinici težine je jedan od najvažnijih kriterija za ocjenu nutritivnog kvaliteta hrane.

Ukupno imamo oko 50 nutrijenata bitnih za život i na stotine nutrijenata korisnih biološko aktivnih supstanci, koje dobijamo iz hrane. Pre¬ma tome gdje i kako nastaju, postoje 3 ključne kategorije nutrijenata:

• esencijalni,
• sekundarni i
• neesencijalni

Esencijalni nutrijenti moraju se unositi hranom za optimalno održanje fiziološke i anatomske stabilnosti organizma. Potreba za njima se ogleda u njihovoj hemijskoj građi, a ne kao izvoru energije. Ne mogu se sintetizirati u tijelu, već se isključivo moraju unijeti s hranom. To znači da njihov nedostatak može izazvati funkcionalni poremećaj. Esencijalni nutrijenti su:

• esencijalne aminokiseline: izoleucin, leucin, lizin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin
• esencijalne masne kiseline: linolna, linolenska i arahidonska kiselina
• većina vitamina i
• svi minerali

Sekundarni nutrijenti se sintetiziraju u tijelu. U nekim slučajvima ta sinteza je tako spora da se ne možu zadovoljiti potreba organizma. Takav slučaj je sa aminokiselinama arginin, histidin i a ponekad vita¬min D i K i drugi.

Neesencijalni nutrijenti su oni koji nastaju metaboličkim procesom biosinteze u organizmu i koji ne moraju biti prisutni u namir¬nicama, ali tako dugo dok u tijelu postoje „sirovine“ za njihovu sintezu.

Hemijska, fizička, senzorna i nutritivna svojstva ovise od procesa prerade i pripreme hrane. Neki se nutrijenti tokom procesa prerade, odnosno pripreme hrane degradiraju i dijelimično gube svoju biološku vrijednost. Mjerilo stupnja degradacije za vrijeme prerade hrane zove se zadržavanje nutrijenata u hrani. To je stepen do kojeg nutrijenti ostaju u proizvodu unatoč toplinskoj obradi, konzervira¬nju, kao i ostalim postupcima za vrijeme prerade ili pripreme hrane. U vezi očuvanja nutrijenata, najpovoljniji postupaci su hlađenje i smrzavanje, gdje su gubici najmanji. Nepovoljni su termička pasterizacija, sterilizacija, soljenje i sušenje gdje su gubici nutrijenata najveći.

Hemijski konstituenti hrane. Osnovni hemijski konstituenti hrane su voda i suha tvar. Kvantitativno najznačajniji konstituent je voda koja se na različite načine vezuje u hemijsku kompoziciju hrane.

U hrani mogu biti zastupljene tekuće komponente koje nisu voda, kao što su alkoholi, kiseline, lipidi i sl. Način vezivanja vode opredjeljuje struktura sadržaja suhe tvari. U sastav suhe tvari ulazi na hiljade spojeva. Možemo ih sve svrstati u makrokonstituente i mikrokonstituente. Makrokonstituenti su ugljični hidrati, lipidi i proteini.

Mikrokonstituenti mogu imati različit hemijski sastav kao što je slučaj sa vitaminima, pigmentima i aromatskim tvarima. Veći broj mikrokonstituenata po svojoj prirodi mogu biti ugljični hidrati (pektini, gume, sluzi inulin), ali i proteini (enzimi) kao i lipidi (fosfolipidi). Takođe je i veliki broj složenih hemijskih spojeva, konjugiranih lipida, proteina i ugljikohidrata. Na temelju hemijskog sastava određuju se prehrambena i druga svojstva hrane.

Suha tvar. Sadržaj suhe tvari je različit u različitim jestivim biljnim i animalnim dijelovima tkiva kao i u dijelovima stanice. Općenito suha tvar hrane se može razlikovati po topivosti u vodi. Tako postoje u vodi topive tvari i netopive tvari. Suha tvar hrane sastoji se iz mnogobrojnih vrsta hemijskih spojeva, najviše makromolekularnog tipa, kao što su: ugljikohidrati, masnoće i proteini. Hrana kao i sve ostale materije u prirodi može imati krute, tekuće i gasovite sastojke. Stanje kozistencije je određeno hemijskom kompozicijom sastavnih komponenti hrane. Kad su u pitanju koloidne otopine onda fizičko stanje hemijskih konstituenata hrane može biti:

• pravi rastvor (šećer, minerali i vitamini u vodi)
• koloidna disperzija (proteini i druge velike molekule)
• emulzija (masnoće, majoneza i mlijeko)
• pjena (amini, tučeno bjelance jajeta)
• gel (hidrokoloidi, marmelada, džem, kuhano jaje)

Hrana često ima koloidnu strukturu. Koloidi mogu nastati disperzijom većih čestica ili kondenzacijom molekularnih otopina. U prirodi ima veoma mnogo koloida, a mnoge tvari već po veličini svojih molekula pripadaju koloidima . Da bi se koloidno stanje ostvarilo, potreban je samo jedan uvjet: veličina čestica se mora kretati od 0.1 – 0.001 μ. To su najčešće ugljični hidrati (pektini, škrob, dekstrini, neki tanini), bjelančevine i dr. Razlikuju se liofobni koloidi koji se ne obavijaju molekulama rastvarača i liofilni koloidi koji su obavijeni molekulama rastvarača. Ako je rastvarač voda, nazivaju se hidrofobni i hidrofilni koloidi. Hidrokoloidi nastaju u vodenim otopinama, prisutni su u voću i povrću ili se mogu koristiti kao aditivi za poboljšanje i regulaciju teksture hrane. Koloidi se nalaze u sol ili gel stanju.

Sol je disperzija čvrstih čestica u tekućini. Ove čestice mogu biti makromolekule ili nakupine malih molekula, a mogu biti i liofilne ili liofobne. Liofobni solovi su takvi solovi kod kojih ne postoji afinitet između dispergirane faze i tekućine-vode (hidrofobni). Oni su po prirodi nestabilni, vremenom koaguliraju i istalože se. Liofilni solovi su mnogo sličniji pravim otopinama. Stabilni su i teško se koaguliraju (npr. škrob u vodi).
Gel je koagulirani oblik koloidnih sistema u kojem obje faze prave trodimenzijsku mrežu kroz materijal (npr: želatin).
Koloidi imaju sposobnost stvaranja micela, električno nabijenih čestica sastavljenih od nakupina velikih molekula. U vodenim otopinama hidrofilni krajevi ovakvih molekula su na površini micele, dok se hidrofobni kraj (obično ugljikovodikov lanac) usmjerava prema središtu.

Koloidni ioni nastaju kada koloidne čestice adsorbiraju određenu vrstu iona iz otopine i nabiju se istovrsnim nabojem. Naboj može potjecati i od hemijske reakcije površine čestice.

Koloidi imaju sposobnost hidratacije. Od¬nos između koloidnih čestica i medija – vode u kojem su otopljene obično ima hidrofilni status (hidrokoloidi). Općenito koloidi mogu biti u formi:

• suspenzije,
• emulzije (emulgirane pomoću emulgatora) i
• disperzije.

Suspenzije su u formi sitnodispergiranih čestica unutar otopine i nalaze se u krutom stanju. Nakon nekog vremena se talože. Podjednako su raspoređene u rastvoru zahvaljujući stabilizatoru. Kod emulzija dispergirano stanje čestica održavaju emulgatori. Disperzija ovisi o električnom naboju i zakonitostima Brown-ovog kretanja.

Osim makromolekularnih spojeva u suhu tvar ulaze i kristaloidi, koji imaju manju molekularnu težinu i manji su po veličini čestica. Kristaloidi su supstance po molekulskoj masi manje od koloida, u otopinama prolaze kroz semipermeabilne membrane, snizuju tačku mržnjenja otopine i općenito imaju sposobnost kristalizacije. To su šećeri, kiseline i neke mineralne tvari, koje u vodi prave otopine.

Fizikalno-hemijska svojstva-tekstura hrane. U pogledu fizikalne konstitucije hrane, ona može sadržavati tekuće, krute i gasovite komponente. Fizikalna konstitucije hrane se obajašnjava teksturom i reologijom hrane. Tekstura odražava svojstva vanjske površine hrane koja se mogu osjetiti dodirom kao i ostalim čulima. Ta su fizikalno-hemijska svojstava karakteristična za svaki prehrambeni proizvod. Teksturalna svojstva se praktički mogu opipati prstima ili osjetiti ustima za vrijeme konzumiranja ili osjetiti na drugi način kao što je zvuk.

Tekstura je osobina hrane, a posljedica je fizičkih svojstava i svojstava koja se opažaju čulima dodira uključujući kinesteziju i osjećaj u ustima, kao i čulima vida i sluha . Tekstura kao pojam označava ili opisuje sva mehanička, geometrijska i svojstva površi¬ne proizvoda koja se opažaju pomoću meha¬ničkih receptora, receptora dodira, a i tamo gdje to odgovara, čulima vida i sluha. Utisci koje hrana ostavlja na čula mogu biti:

• taktilni, osjete se putem čula dodira,
• kinestetski, osjete se tokom pokreta,
• temperaturni,osjete se čulima za toplinu i
• hemistetski, specifičan hemijsko- fiziološki nadražaj.

Taktilni utisci nastaju kao posljedica dodira, kao na primjer dodir hrane vrhovima prstiju i jezikom (glatko, hrapavo, itd). Kinestetski utisci nastaju prilikom žvakanja ili lomljenja uzorka rukama (hrskavo, kašasto). Temperaturni utisak je osjećaj topline ili hladnoće koju hrana ostavlja na osjetilima za hladnoću i toplinu. Postoji i hemistetski utisak koji nastaje hemijsko-fiziološkim nadražajima . Dvije su osnovne komponente senzorske percepcije teksture:

• fizička struktura koja se može percipirati čulima vida, dodira i ostalim čulima
• osjećaj koji hrana daje u ustima kao što su: mekoća, tvrdoća, lakoća gutanja, žvakanja i sl.

Teksturu hrane mogu da opisuju mehanički atributi ali i konzistencija, sočnost, žvakljivost, lakoća gutanja, hrskavost, sipkavost, topivost, itd. U teksturu spada i zamućivanje voćnih sokova, kao i želiranje proizvoda na bazi voća i povrća. Mehanička svojstva, kao atributi teksture se odnose na reakciju proizvoda na naprezanje pa se mehanički atributi teksture dijele na pet osnovnih karakteristika: tvrdoća, kohezivnost, viskoznost, elastičnost i adhezivnost. Takođe obilježje teksture je konzistencija koja podrazumijeva mogućnost održanja kompaktnosti, cjelovitosti i karakterističnog izgleda proizvoda. Konzistencija je atribut usko povezan sa viskozitetom i stanjem tvari. Tako se može postaviti određena gradacija koja grupira atribute teksture po kriterijima stanja konzistencije za:

• homogene tekućine,
• heterogene tekućine,
• krute, semikrute i polukrute tvari

Stepen i način izražavanja konzistencije i sočnosti heterogenih tekućina i semikrutih tvari dosta se razlikuju u pojedinim proizvodima. Za ocjenjivanje konzistencije namirnica najširu primjenu ima metoda žvakanja, što znači da se konzistencija utvrđuje u ustima. Konzistencija obuhvata: žilavost, elastičnost, tvrdoću-mekanost i nježnost proizvoda. Relevantne su tri impresije:

• lakoća kojom zubi prodiru u proizvod,
• lakoća kojom se proizvod tokom žvakanja razdvaja u manje dijelove i
• količina ostatka pri kraju žvakanja u odnosu na uzeti zalogaj.

Većina atributa teksture može se mjeriti jer su to uglavnom fizičke veličine. Najjednostavniji načini mjerenja su uporedba sa standardiziranim etalonima. Danas se koriste i instrumenti za mjerenje teksture proizvoda. U okviru senzorskih atributa tekstura se može promatrati po parametrima kao što je konzistencije (kruta, semikruta, meka, tečna, itd.) i forma proizvoda (veličina, oblik itd.) i po osnovu čula sluha (hrskavost, šum itd.). Atributima teksture opisujemo i egzaktno izražavamo fizikalno-hemijska svojstva hrane. Tekstura i senzorna svojstva su u dirktnoj korelaciji s tim što je većina atributa teksture mjerljiva analitičkim instrumentima, a senzorna svojstva se ocjenjuju na osnovu čula. Teksturu mogu da opisuju mehanički atributi ali i atributi kao što su konzistencija, sočnost, žvakljivost, lakoća gutanja, hrskavost, sipkavost, topivost itd. Atribute teksture možemo grupirati prema kriterijima fizikalnog stanja konzistencije na: homogene i heterogene tekuće tvari kao i krute, semikrute i polukrute tvari. Fizikalna svojstva se analiziraju instrumentalim metodama. Ocjena senzorskih svojstava postavljaju se na osnovu atributa koji se mogu ocjenjivati kao i faktora značajnosti određenog atributa za određeni proizvod.
.

Ključni pojmovi

• Hrana je tvar, a prehrana je proces koji se odvija u organizmu od momenta uzimanja hrane (jedenja) do njenog iskorištenja u energetske, gradivne ili regulacijsko zaštitne svrhe.

• Osnovni hemijski konstituenti hrane su voda i suha tvar.

• Kvantitativno najznačajniji hemijski konstituent hrane je voda koja se na različite načine vezuje u hemijsku kompoziciju hrane.

• Način vezivanja vode opredjeljuje hemijska struktura suhe tvari.

• U sastav suhe tvari ulazi na hiljade spojeva, a sve ih možemo svrstati u hemijske makrokonstituente i mikrokonstituente.

• Makrokonstituenti su ugljični hidrati, lipidi i proteini.

• Mikrokonstituenti mogu imati različit hemijski sastav kao što je slučaj sa vitaminima, pigmentima i aromatskim tvarima.

• Veći broj mikrokonstituenata po svojoj prirodi mogu biti ugljični hidrati (pektini, gume, sluzi, inulin), ali i proteini (enzimi) kao i lipidi (fosfolipidi).

• U hrani se nalzi veliki broj složenih hemijskih spojeva konjugiranih lipida, proteina i ugljikohidrata.

• Na temelju hemijskog sastava određuju se prehrambena i druga svojstva hrane.

.

Literatura

Spisak korišćene literature možete naći u Literatura – Hemija hrane.