Projekt okładki i stron tytułowych: Bartosz Dobrowolski

Ilustracja na okładce: Bartosz Dobrowolski

Wydawca: Katarzyna Włodarczyk-Gil

Redaktor prowadzący: Adam Kowalski

Redaktor merytoryczny: Urszula Pawłowska

Produkcja: Mariola Grzywacka

Dział Reklamy: Agnieszka Borzęcka (agnieszka.borzecka@pwn.com.pl)

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Marcin Kapusta / konwersja.virtualo.pl

W książce użyto znaków towarowych i nazw będących znakami towarowymi; nazwa taka zaczyna się wielką literą. Wydawca oświadcza, że zrobiono to z myślą tylko o tej publikacji i z taką intencją, aby było to z korzyścią dla właściciela znaku, bez zamiaru naruszenia znaku towarowego.

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwa Naukowo-Techniczne

Warszawa 2013

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN

Warszawa 2017

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2017 r., (wyd. I)

Warszawa 2017

ISBN 978-83-01-19692-9

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Spis treści

Przedmowa

1. Zakres i rola chemii żywności – Zdzisław E. Sikorski

1.1. Zakres i rozwój chemii żywności

1.2. Rola chemii w gospodarce żywnościowej

1.2.1. Priorytety

1.2.2. Zagrożenia i korzyści

1.2.3. Rola chemii

1.3. Rola w kształceniu pracowników dla gospodarki żywnościowej i upowszechnianiu wiedzy o żywności

Bibliografia

2. Budowa surowców i produktów żywnościowych – Jolanta Tomaszewska-Gras

2.1. Surowce i produkty żywnościowe

2.2. Mięso

2.2.1. Wprowadzenie

2.2.2. Budowa tkanki mięśniowej

2.2.3. Skład chemiczny mięsa

2.3. Jaja

2.3.1. Wprowadzenie

2.3.2. Budowa jaja

2.3.3. Skład chemiczny jaja

2.4. Mleko

2.4.1. Definicja

2.4.2. Skład chemiczny mleka

2.5. Zboża

2.5.1. Wprowadzenie

2.5.2. Budowa zbóż

2.5.3. Skład chemiczny ziarna zbóż

2.6. Owoce jadalne

2.6.1. Definicje

2.6.2. Budowa

2.6.3. Skład chemiczny owoców

2.7. Warzywa

2.7.1. Definicje

2.7.2. Skład chemiczny warzyw

2.7.3. Ziemniak

2.8. Nasiona roślin strączkowych

2.9. Nasiona i owoce roślin oleistych

Bibliografia

3. Rola wody w żywności – Zbigniew Pałacha, Andrzej Lenart

3.1. Udział wody w surowcach i produktach spożywczych

3.2. Struktura wody

3.3. Stan wody w żywności

3.4. Aktywność wody

3.4.1. Izotermy adsorpcji

3.4.2. Modele izoterm adsorpcji wody

3.5. Wpływ wody na sensoryczne właściwości żywności

3.6. Aktywność wody a trwałość żywności

3.7. Woda pitna i wody mineralne

Bibliografia

4. Składniki mineralne – Anna Dołęga

4.1. Wprowadzenie

4.2. Wapń

4.2.1. Pierwiastek i jego funkcja w organizmie człowieka

4.2.2. Związki wapnia i ich wchłanianie w układzie pokarmowym – wpływ składników towarzyszących w żywności

4.2.3. Podstawowe źródła wapnia w żywności i jego suplementowanie

4.3. Fosfor

4.3.1. Funkcje w organizmie człowieka

4.3.2. Wchłanianie związków fosforu z żywności w przewodzie pokarmowym i jego transport w obrębie organizmu człowieka

4.3.3. Fosfor w żywności

4.4. Sód, potas i chlor

4.4.1. Funkcje sodu, potasu i chloru w organizmie człowieka

4.4.2. Wchłanianie jonów sodu, potasu i chlorków w przewodzie pokarmowym

4.4.3. Sód, potas i chlorki w pożywieniu

4.5. Magnez

4.5.1. Funkcje magnezu w organizmie człowieka

4.5.2. Wchłanianie magnezu w przewodzie pokarmowym

4.5.3. Magnez w pożywieniu

4.5.4. Skutki niedoboru magnezu w diecie i jego suplementy

4.6. Żelazo

4.6.1. Funkcje żelaza w organizmie człowieka i skutki jego niedoboru w diecie

4.6.2. Związki żelaza i ich wchłanianie

4.6.3. Żelazo w żywności

4.6.4. Suplementy żelaza

4.7. Fluor

4.7.1. Funkcje fluoru w organizmie człowieka

4.7.2. Wchłanianie fluoru w przewodzie pokarmowym

4.7.3. Fluor w napojach, suplementowanie fluoru i problemy zdrowotne związane z jego nadmierną podażą

4.8. Krzem

4.9. Cynk

4.9.1. Funkcje cynku w organizmie człowieka, objawy niedoboru i nadmiernego spożycia

4.9.2. Wchłanianie, transport i metabolizm cynku

4.9.3. Cynk w żywności. Biodostępność cynku w pożywieniu i suplementach

4.10. Pozostałe składniki mineralne

4.10.1. Mangan

4.10.2. Miedź

4.10.3. Selen

4.10.4. Jod

4.10.5. Molibden

4.10.6. Chrom

4.10.7. Kobalt

4.10.8. Bor

Bibliografia

5. Sacharydy – występowanie i znaczenie – Hanna Staroszczyk

5.1. Wprowadzenie

5.2. Sposoby oznaczania sacharydów w żywności

5.3. Zawartość sacharydów w żywności

5.3.1. Wprowadzenie

5.3.2. Monosacharydy

5.3.3. Oligosacharydy

5.3.4. Polisacharydy

5.4. Fizyczne i chemiczne właściwości sacharydów

5.4.1. Właściwości fizyczne

5.4.2. Właściwości chemiczne

5.5. Chemiczne i biochemiczne przemiany sacharydów w warunkach przechowywania i przetwarzania żywności

5.5.1. Reakcje nieenzymatycznego brązowienia

5.6. Celowe modyfikowanie skrobi

5.6.1. Wprowadzenie

5.6.2. Modyfikacje fizyczne

5.6.3. Modyfikacje chemiczne

5.6.4. Modyfikacje enzymatyczne

5.7. Rola sacharydów w tworzeniu sensorycznych cech żywności i żywieniu człowieka

5.7.1. Słodki smak sacharydów

5.7.2. Kształtowanie pożądanych cech sensorycznych artykułów żywnościowych w reakcjach Maillarda

5.7.3. Niepożądane efekty reakcji Maillarda

5.7.4. Strukturotwórcze właściwości sacharydów

5.7.5. Żywność funkcjonalna oparta na skrobi

Bibliografia

6. Lipidy – Anna Kołakowska

6.1. Wprowadzenie

6.2. Zawartość i rozmieszczenie lipidów w surowcach i produktach żywnościowych

6.3. Rola lipidów w organizmach roślinnych i zwierzęcych

6.3.1. Wprowadzenie

6.3.2. Zapasowy materiał energetyczny dla organizmu

6.3.3. Materiał budulcowy błon komórkowych

6.3.4. Przekaźnictwo sygnałów

6.3.5. Prekursory hormonów

6.4. Rola lipidów w żywności

6.4.1. Wprowadzenie

6.4.2. Właściwości sensoryczne i technologiczne

6.4.3. Emulsje

6.5. Występowanie głównych grup lipidów w żywności

6.5.1. Lipidy proste

6.5.2. Lipidy złożone

6.5.3. Kwasy tłuszczowe

6.6. Chemiczne i biochemiczne przemiany lipidów w warunkach przechowywania i przetwarzania żywności

6.6.1. Wprowadzenie

6.6.2. Hydroliza

6.6.3. Utlenianie

6.6.4. Wtórne produkty utleniania

6.6.5. Wskaźniki stopnia utlenienia

6.6.6. Czynniki wpływające na szybkość przemian

6.6.7. Obróbka cieplna

6.6.8. Skutki utleniania lipidów

6.6.9. Bioprzyswajalność utlenionych lipidów

6.6.10. Interakcje z innymi składnikami żywności

6.6.11. Zapobieganie niekorzystnym zmianom lipidów w żywności

6.6.12. Modyfikacja tłuszczów

6.7. Rola lipidów w żywieniu człowieka

6.7.1. Wprowadzenie

6.7.2. Cholesterol

6.7.3. SFA

6.7.4. MUFA

6.7.5. PUFA

6.7.6. Rola n-3 PUFA

6.7.7. Źródła n-3 PUFA

6.7.8. Bioprzyswajalność n-3 PUFA z różnych źródeł

6.8. Podsumowanie

Bibliografia

7. Białka – Zdzisław E. Sikorski

7.1. Zawartość i rola białka w żywności

7.2. Rola białek w tworzeniu funkcjonalnych cech żywności

7.2.1. Budowa białka a jego właściwości funkcjonalne

7.2.2. Rozpuszczalność białek

7.2.3. Utrzymywanie wody

7.2.4. Żelowanie

7.2.5. Emulgowanie

7.2.6. Powstawanie piany

7.3. Przemiany białek w przechowywanej żywności

7.3.1. Wprowadzenie

7.3.2. Procesy enzymatyczne

7.3.3. Utlenianie

7.3.4. Nieenzymatyczne brązowienie

7.4. Celowe modyfikowanie białek żywności

7.4.1. Wprowadzenie

7.4.2. Proteolityczne procesy w tradycyjnym utrwalaniu i przetwarzaniu żywności

7.4.3. Nowe zastosowania hydrolizy białek żywności

7.4.4. Modyfikowanie białek przy udziale transglutaminazy

7.4.5. Reakcje z aldehydami i nieenzymatyczne glikozylowanie (glikacja)

7.4.6. Acylowanie i oddziaływanie fosforanów(V)

7.5. Zmiany białek zachodzące w czasie obróbki cieplnej

7.6. Biologiczna rola białek żywności

7.7. Białka roślinne

7.7.1. Białka roślinne w światowej gospodarce żywnościowej

7.7.2. Białka ziarniaków zbóż

7.7.3. Białka nasion roślin strączkowych

7.7.4. Białka wiążące metale i białka słodkie

7.8. Białka jaja kurzego

7.8.1. Wprowadzenie

7.8.2. Białka części białkowej jaja

7.8.3. Białka żółtka jaja

7.9. Białka mleka

7.9.1. Wprowadzenie

7.9.2. Kazeiny

7.9.3. Białka serwatki

7.9.4. Endogenne enzymy mleka

7.10. Białka mięśniowe

7.10.1. Wprowadzenie

7.10.2. Białka miofibrylarne

7.10.3. Kolagen

7.10.4. Białka sarkoplazmatyczne

7.11. Białka organizmów jednokomórkowych

Bibliografia

8. Niebiałkowe związki azotowe – Edyta Malinowska-Pańczyk

8.1. Wprowadzenie

8.2. Wolne aminokwasy

8.2.1. Aminokwasy białkowe

8.2.2. Aminokwasy niebiałkowe

8.3. Peptydy

8.3.1. Smak peptydów

8.3.2. Peptydy o aktywności biologicznej

8.4. Kwasy nukleinowe i nukleotydy

8.5. Aminy

8.5.1. Wprowadzenie

8.5.2. Warunki wpływające na powstawanie BA

8.5.3. Występowanie amin biogennych w wybranych produktach

8.5.4. Lotne aminy

8.5.5. Nitrozoaminy i heterocykliczne aminy aromatyczne

Bibliografia

9. Interakcje składników żywności – Zdzisław E. Sikorski, Agata Witczak

9.1. Wprowadzenie

9.2. Reaktywne grupy

9.2.1. Reaktywne grupy lipidów, sacharydów i białek

9.2.2. Interakcje małocząsteczkowych składników

9.3. Rodzaje wiązań i przemian

9.3.1. Wprowadzenie

9.3.2. Niszczenie struktury

9.3.3. Krystalizacja

9.3.4. Emulgowanie, pienienie się i żelowanie

9.3.5. Reakcje enzymatyczne i chemiczne

9.4. Czynniki wpływające na reakcje w żywności

9.4.1. Wprowadzenie

9.4.2. Temperatura

9.4.3. Odczyn środowiska

9.4.4. Inne czynniki

9.5. Skutki reakcji składników w żywności

9.6. Interakcje składników żywności z lekami[2]

9.6.1. Wprowadzenie

9.6.2. Wpływ żywności na wchłanianie leku

9.6.3. Wpływ składników żywności na metabolizm leku

9.6.4. Wpływ leków na składniki odżywcze

9.7. Podsumowanie

10. Naturalne barwniki roślinnych surowców żywnościowych – Anna Podsędek

10.1. Wprowadzenie

10.2. Biosynteza barwników i ich funkcje biologiczne

10.3. Barwniki chlorofilowe

10.3.1. Budowa i występowanie chlorofili

10.3.2. Przemiany barwników chlorofilowych

10.4. Barwniki karotenoidowe

10.4.1. Budowa i występowanie karotenoidów

10.4.2. Przemiany barwników karotenoidowych

10.5. Barwniki betalainowe

10.5.1. Budowa i występowanie betalain

10.5.2. Przemiany barwników betalainowych

10.6. Barwniki antocyjanowe

10.6.1. Budowa antocyjanów

10.6.2. Występowanie antocyjanów

10.6.3. Przemiany barwników antocyjanowych

Bibliografia

11. Substancje zapachowe i smakowe w żywności – Henryk Jeleń

11.1. Zapach i smak żywności a wybór konsumenta

11.2. Specyfika związków zapachowych

11.3. Tworzenie aromatu żywności

11.3.1. Lipidy jako prekursory związków zapachowych

11.3.2. Związki zapachowe tworzone z białek

11.3.3. Sacharydy jako prekursory związków zapachowych

11.3.4. Inne szlaki tworzenia związków zapachowych

11.3.5. Nielotne prekursory związków zapachowych

11.3.6. Obce zapachy w żywności

11.4. Specyfika percepcji związków zapachowych i smakowych

11.5. Związki o podstawowych smakach

11.5.1. Związki o smaku słodkim

11.5.2. Związki o smaku gorzkim

11.5.3. Związki o smakach słonym i kwaśnym

11.5.4. Związki o smaku umami

11.6. Związki generujące inne wrażenia sensoryczne

11.7. Związki modulujące smak

11.8. Podsumowanie

Bibliografia

12. Składniki i reakcje wpływające na reologiczne cechy żywności – Zenon Kędzior

12.1. Definicja właściwości reologicznych

12.2. Podstawowe zależności i metody badań

12.2.1. Definicja naprężenia, odkształcenia i szybkości odkształcenia w ścinaniu prostym

12.2.2. Podstawowe sposoby odkształcenia materiałów, modele liniowe ciała sprężystego, lepkiego i lepkosprężystego

12.2.3. Wydłużanie i ścinanie proste ciała stałego w zakresie bardzo małych odkształceń

12.2.4. Przepływ płynów lepkich

12.2.5. Lepkosprężystość liniowa

12.2.6. Podstawowe typy reometrów

12.3. Rola białek, sacharydów i lipidów oraz ich interakcji w tworzeniu reologicznych cech żywności

12.4. Wpływ parametrów obróbki na reologiczne cechy produktów żywnościowych

12.5. Udział właściwości reologicznych w ogólnej jakości surowców i produktów żywnościowych

Bibliografia

Przypisy

4
Składniki mineralne
Anna Dołęga

Tabela 4.4. Zawartość wybranych składników mineralnych w niektórych produktach żywnościowych na 100 g pokarmu. Dane pochodzą z bazy danych Departamentu Rolnictwa USA (Dostęp internetowy z dnia 4.05.2017 r.) za wyjątkiem jodu (Haldimann, 2005) oraz krzemu (Farooq i Dietz, 2015). Dane dotyczą surowego mięsa, warzyw i owoców

Ca [mg]

P [mg]

K [mg]

Na [mg]

Mg [mg]

Fe [mg]

F [µg]

Si [mg]

Zn [mg]

Mn [mg]

Cu [mg]

Se [µg]

I [µg]

Co jako wit. B₁₂ [µg]

Nabiał i jaja

mleko 2% tłuszczu

120

92

140

47

11

0,02

3,4

0,14–0,48

0,48

0,014

0,006

2,5

69

0,53

mleko 3,25% tłuszczu

113

84

132

43

10

0,03

bd

0,37

0,004

0,025

3,7

0,45

jogurt zwykły (3,5 g białka, 3,25% tłuszczu)

121

95

155

46

12

0,05

12,0

0,59

0,004

0,009

2,2

67

bd

śmietana 12% tłuszczu

141

71

212

83

10

0,07

bd

bd

0,50

0,016

3,1

bd

0,42

twaróg tłusty

83

159

104

364

8

0,07

31,6

bd

0,40

0,002

0,029

9,7

bd

0,43

ser Gouda

700

546

121

819

29

0,24

bd

bd

3,90

0,011

0,036

14,5

47,3

1,54

masło 82% tłuszczu

24

24

24

11

2

0,02

2,8

bd

0,09

0,004

0,016

1

bd

0,17

jajo kurze

56

198

138

142

12

1,75

1,1

2–4

1,29

0,028

0,072

30,7

162,5

0,89

jajo kurze – białka

7

15

163

166

11

0,08

bd

0,03

bd

bd

bd

21,9

bd

jajo kurze – żółtka

129

390

109

48

5

2,73

bd

2,30

0,055

0,077

56

141,3

1,95

Mięso

wołowina – tusza

8

154

267

59

17

1,83

22,4

0,5–2

3,57

0,013

0,069

18,1

5,9

2,67

wołowina – polędwica

25

177

303

50

20

1,43

bd

3,50

0,012

0,065

21,4

1,10

wołowina – antrykot

9

152

275

64

21

1,96

bd

4,89

0,073

0,073

21,1

1,94

wieprzowina – tusza

19

156

253

42

13

0,69

bd

1,59

0,011

0,055

28,4

5,9

0,61

wieprzowina – polędwica

6

243

393

52

27

0,97

bd

1,87

0,014

0,089

30,3

0,52

wieprzowina – schab

7

226

373

48

26

0,50

bd

1,55

0,007

0,056

33,1

0,53

Drób

kurczak – udka ze skórą

9

155

203

84

19

0,69

bd

bd

1,47

0,016

0,054

18

6,6

0,56

kurczak – skrzydełka ze skórą

11

123

187

84

16

0,46

bd

bd

1,21

0,011

0,034

17,6

0,25

kurczak – pierś bez skóry

5

213

334

45

28

0,37

bd

bd

0,68

0,011

0,037

22,8

0,21

kaczka domowa – średnio

11

203

271

74

19

2,40

bd

bd

1,90

0,019

0,253

13,9

0,40

indyk – pierś ze skórą

13

186

275

79

24

1,20

bd

1,57

0,018

0,074

22,4

0,42

Ryby i owoce morza

dorsz atlantycki

16

203

413

54

32

0,38

bd

0,5–1

0,45

0,015

0,028

33,1

211,2

0,91

łosoś atlantycki

12

200

490

44

29

0,80

bd

0,64

0,016

0,25

36,5

3,18

śledź atlantycki

57

236

327

90

32

1,10

bd

0,99

0,035

0,092

36,5

13,67

karp

41

415

333

49

29

1,24

bd

1,48

0,042

0,057

12,6

1,53

pstrąg tęczowy

67

271

481

31

31

0,70

bd

1,08

0,158

0,109

12,6

4,45

krewetki

64

214

264

119

35

0,52

bd

1,34

0,033

0,391

bd

bd

bd

ostrygi

6

204

297

83

21

3,86

bd

3,59

0,017

0,131

33,8

bd

4,91

Produkty zbożowe

kukurydza – ziarno

2

89

270

15

37

0,52

bd

0,46

0,163

0,054

0,6

bd

0

ryż biały długoziarnisty

28

115

115

5

25

0,80

bd

1,09

1,088

0,220

15,1

bd

0

płatki kukurydziane

5

102

168

729

39

28,9*

bd

4

1,00

0,168

0,198

8,3

bd

5*

mąka pszenna

15

108

107

2

22

1,17

bd

3,04–4,29

0,70

0,682

0,144

33,9

bd

0

chleb pszenny

125

129

141

473

41

3,60

bd

3,5

1,04

1,026

0,148

28,8

37,5

0

chleb żytni

73

125

166

603

40

2,83

51

1,14

0,824

0,186

30,9

0

chleb razowy

161

212

254

455

75

2,47

bd

1,77

2,174

0,227

25,7

0

Rośliny strączkowe

groch zielony

25

108

244

5

33

1,47

bd

bd

1,24

0,410

0,176

1,8

bd

0

fasola biała dojrzała

240

301

1795

16

190

10,44

bd

bd

3,67

1,796

0,984

12,8

bd

0

soja dojrzała

277

704

1797

2

280

15,70

bd

bd

4,89

2,517

1,658

17,8

bd

0

Warzywa

brokuł

47

66

316

33

21

0,73

bd

bd

0,41

0,210

0,049

2,5

4,7

0

kalafior

22

44

299

30

15

0,42

1,0

bd

0,27

0,155

0,039

0,6

0

kapusta biała

47

23

246

18

15

0,56

bd

bd

0,18

0,159

0,023

0,9

0

marchew

33

35

320

69

12

0,30

3,2

17

0,24

0,143

0,045

0,1

0

ogórek

16

24

147

2

13

0,28

1,3

bd

0,20

0,079

0,041

0,3

0

paryka słodka czerwona

7

26

211

4

12

0,43

bd

bd

0,25

0,112

0,017

0,1

0

pomidor

10

24

237

5

11

0,27

2,3

bd

0,17

0,114

0,059

0,0

0

ziemniak ze skórką

12

57

425

6

23

0,81

bd

bd

0,30

0,153

0,110

0,4

1,6

0

Owoce

arbuz

7

11

112

1

10

0,24

1,5

bd

0,10

0,038

0,042

0,4

1,8

0

banan

5

22

358

1

27

0,26

2,2

bd

0,15

0,270

0,078

1,0

0

gruszka

9

12

116

1

7

0,18

2,2

bd

0,1

0,048

0,082

0,1

0

jabłko

6

11

107

1

5

0,12

3,3

bd

0,04

0,035

0,027

0,0

0

śliwka

6

16

157

1

7

0,17

2,0

0,10

0,052

0,057

0,0

0

truskawka

16

24

153

1

13

0,41

4,4

0,14

0,386

0,048

0,4

0

wiśnia

16

15

173

3

9

0,32

bd

0,10

0,112

0,104

0

0

Różne

orzech laskowy

114

290

680

0

163

4,70

bd

0,2–0,6

2,45

6,175

1,725

2,4

21,8

orzech włoski

98

346

441

2

158

2,91

bd

3,09

3,414

1,586

4,9

migdał

269

481

733

1

270

3,71

bd

3,12

2,179

1,031

4,1

kakao

128

734

1524

21

499

13,86

bd

6,81

3,837

3,788

14,3

0

czekolada gorzka

30

51

502

6

31

2,13

bd

0,01

0,000

0,020

0,3

0

czekolada mleczna

189

208

372

79

63

2,35

5,0

2,30

0,471

0,491

4,5

0,75

herbata napar z liści

0

1

21

0

1

0,01

bd

0,81–0,86

0,01

0,219

0,008

0,0

0

Bd – brak danych; * – produkt wzbogacany

4.2. Wapń

4.2.1. Pierwiastek i jego funkcja w organizmie człowieka

Wapń zajmuje piąte miejsce, jeżeli chodzi o rozpowszechnienie pierwiastków w skorupie ziemskiej. Jako dwuwartościowy kation Ca²⁺ wchodzi on w skład licznych minerałów. Organizmy wykorzystują sole wapnia do wytwarzania muszli lub wewnętrznych szkieletów. Muszle mięczaków morskich, takich jak ostrygi czy perłopławy, są w około 95% zbudowane z węglanu wapnia, wykorzystywanego często jako suplement diety.

Spośród wszystkich metali pełniących różne funkcje w organizmie człowieka wapnia jest zdecydowanie najwięcej wagowo. Wynika to z faktu, iż zmodyfikowany hydroksyapatyt –Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ – stanowi główny składnik budulcowy kości. Hydroksyapatyt stanowi do 50% masowych całkowitej masy kości lub około 66% ich suchej masy. W porównaniu do czystego hydroksyapatytu część miejsc w strukturze hydroksyapatytu jest obsadzona anionami fluorkowymi F⁻, węglanowymi \textrm{CO}_{3}^{2-} oraz wodorofosforanowymi \textrm{HPO}_{4}^{-}, kationami magnezu Mg²⁺ i sodu Na⁺. Najtwardszą tkanką zawierającą hydroksyapatyt jest szkliwo zębów.

Jako składnik kości wapń pełni funkcję strukturalną i mechaniczną. Zdecydowana większość wapnia w organizmie człowieka, czyli około 99%, pozostaje związana w fazie mineralnej kości w postaci hydroksyapatytu. Pozostały 1% jonów wapnia ulega szybkiej wymianie z wapniem zawartym w płynach ustrojowych. Prawidłowe, całkowite stężenie wapnia w osoczu krwi wynosi 80,5–100,5 mg/dm³, co daje średnie stężenie około 2,4 mmol/dm³. Część jonów wapnia jest związana z białkami – głównie albuminą, natomiast część z fosforanami(V) i cytrynianem. Pozostała część stanowi tzw. wolne jony wapnia lub wapń zjonizowany, który może być wykorzystywany przez komórki. Stężenie wolnych jonów wapnia to około połowa całkowitego stężenia wapnia w osoczu, czyli około 50 mg/dm³.

Wewnątrzkomórkowe stężenie jonów wapnia jest znacznie niższe i waha się pomiędzy 0,0001 mmol/dm³ a 0,001 mmol/dm³. „Wolne” jony wapnia należą do przekaźników drugiego rodzaju, czyli czynników uwalnianych wewnątrz komórki w odpowiedzi na stymulację przez działające zewnątrzkomórkowo przekaźniki pierwszego rodzaju. Do przekaźników pierwszego rodzaju zalicza się hormony oraz neurotransmitery, natomiast przekaźnikami drugiego rodzaju są cykliczne nukleotydy cAMP, CGMP, diacyloglicerol, trifisforan inozytolu i jony wapnia. Stężenie jonów wapnia wewnątrz komórek jest regulowane za pomocą zależnych od napięcia transbłonowych kanałów wapniowych oraz aktywności innego transbłonowego białka, pompy wapniowej (Ca²⁺/ATP-azy). Ważny element pośredniczący w uruchamianiu procesów komórkowych na skutek zmiany stężenia jonów wapnia stanowi kalmodulina. To niewielkie białko na skutek związania kilku jonów wapnia całkowicie zmienia trójwymiarową strukturę i w stanie wysycenia wapniem oddziałuje z różnymi enzymami, zmieniając ich aktywność. Jako pośredniki drugiego rodzaju jony wapnia stymulują skurcze mięśni, w tym pracę serca, przewodzenie impulsów nerwowych od komórki do komórki, wzrost komórek. Wapń jest również niezbędny dla prawidłowego krzepnięcia krwi poprzez stymulowanie uwalniania tromboplastyny z płytek krwi.

Utrzymywanie poprawnego fizjologicznie, wąskiego zakresu stężeń wapnia w osoczu krwi jest niezwykle krytyczne dla funkcjonowania organizmu człowieka. Homeostaza stężenia wapnia jest regulowana przez układ hormonalny, transbłonowe mechanizmy transportu jonów wapnia i mechanizmy działające na zasadzie sprzężenia zwrotnego w których uczestniczą metabolity witaminy D₃ – przede wszystkim kalcytriol. Jakiekolwiek zakłócenia skomplikowanego systemu regulacji prowadzą do hipokalcemii lub hiperkalcemii, stanów jednakowo niebezpiecznych, ponieważ wapń wpływa na tak wiele procesów fizjologicznych. Częstokroć nie mają one jednak związku z podażą wapnia w pokarmach, a są związane z niedostateczną podażą witaminy D₃ lub obecnością innych stanów chorobowych, np. nowotworów kości (Buchowski, 2015).

Kości oprócz funkcji mechanicznych stanowią jednocześnie rezerwę wapnia dla innych potrzeb organizmu. Niedostateczny dowóz tego pierwiastka w diecie skutkuje obniżeniem masy kości lub jej niewystarczającym przyrostem – w odniesieniu do genetycznego programu realizowanego przez indywidualne organizmy (Heaney, 2003). Jeżeli pokarm nie dostarczy odpowiednich ilości wapnia, organizm uzupełni jego stężenie w osoczu, pobierając wapń z kości, co może wywołać krzywicę. Choroba ta występuje przede wszystkim u małych dzieci w związku z ich zwiększonym zapotrzebowaniem na wapń i witaminę D₃. Poza niedoborami pokarmowymi wapnia, występowanie tej choroby jest ściśle związane z niedoborem witaminy D₃ regulującej wchłanianie wapnia w jelitach Niedobór witaminy D₃ jest najczęstszą przyczyną występowania krzywicy u dzieci w krajach rozwiniętych. Niskie stężenia witaminy D₃ korelują również z występowaniem osteoporozy – choroby szkieletu ludzi starszych, która objawia się m.in. zwiększoną łamliwością kości.

4.2.2. Związki wapnia i ich wchłanianie w układzie pokarmowym – wpływ składników towarzyszących w żywności

Pomimo obiegowej opinii, iż dobra rozpuszczalność soli w wodzie zwiększa biodostępność wapnia dowiedziono, iż wchłanianie wapnie nie jest liniowo skorelowane z rozpuszczalnością jego związków. Stwierdzono również, iż absorpcja wapnia zależy głównie od zawartych w żywności składników towarzyszących (Heaney i wsp., 1990).

Wapń jest wchłaniany w jelitach – głównie w dwunastnicy i jelicie czczym – na drodze dyfuzji biernej, odbywającej się zgodnie z gradientem stężeń, lub transportu aktywnego przez błony śluzowe jelit. Transport aktywny jest regulowany przez metabolit witaminy D₃ (kalcytriol) i stanowi główny sposób absorpcji wapnia przy niskim i umiarkowanym poziomie spożycia. Kalcytriol wiąże się z receptorem kalcytriolu komórek nabłonka jelitowego (VDR), kompleks ten dostaje się do jądra komórkowego, gdzie działa jako czynnik transkrypcyjny aktywujący ekspresję genu kodującego białko transportujące wapń przez błony śluzowe. Wzrost poziomu białka transportującego zwiększa absorpcję wapnia przez błony śluzowe jelit do krwi. Transportowi kationów musi towarzyszyć transport odpowiednich przeciwjonów, głównie nieorganicznych fosforanów(V), dlatego kalcytriol stymuluje również wchłanianie fosforanów(V) w jelitach.

Sole wapnia rozpuszczają się zdecydowanie lepiej w kwaśnym soku żołądkowym, jednak po zobojętnieniu treści pokarmowych w jelicie do pewnego stopnia strącają się ponownie. Zmniejszenie kwasowości soku żołądkowego może osłabiać późniejszą absorpcję wapnia w jelitach. Interakcje wapnia z innymi składnikami żywności w znacznym stopniu modyfikują jego wchłanianie. Do składników pokarmowych ułatwiających wchłanianie wapnia należy laktoza i odpowiednie stężenie fosforanów(V), natomiast obecność szczawianów, zbyt dużej ilości błonnika i nadmiernych ilości fosforanów(V) hamuje absorpcję tego pierwiastka.

Ogólnie wchłanianie suplementów wapnia, a zwłaszcza tych, które są trudno rozpuszczalne w wodzie, jest znacznie lepsze, jeżeli są przyjmowane z posiłkiem. Być może jest to związane ze stymulowaniem produkcji soku żołądkowego, umożliwiającego dyspersję i rozpuszczanie soli wapnia (Buchowski, 2015).

4.2.3. Podstawowe źródła wapnia w żywności i jego suplementowanie

Zalecane dzienne spożycie (ZDS) wapnia wynosi od 800 do 1000 mg dla osób dorosłych oraz około 1200 mg dla dzieci i osób starszych. Przyjmuje się jednocześnie, że zawartość wapnia w diecie nie powinna przekraczać 2000–2500 mg dziennie ze względu na możliwe zaburzenia we wchłanianiu cynku i żelaza, zwiększone ryzyko powstawania kamieni nerkowych i zwapnienia naczyń krwionośnych (Buchowski, 2015). Znakomitym źródłem wapnia w diecie są przetwory mleczne: mleko, jogurt, ser i produkty, do których mleko zostało dodane w procesie wytwarzania, np. ciasto drożdżowe. W krajach rozwiniętych produkty nabiałowe pokrywają zwykle około 70% dziennego zapotrzebowania na wapń. Tylko nieliczne gatunki warzyw o zielonych liściach są dobrym źródłem wapnia; można tu wymienić jarmuż, szpinak czy kapustę pekińską. Wapń znajduje się również w suszonych owocach, mięsie, rybach i drobiu. Około 6–7% ZDS jest zaspokajane przez picie wody, przede wszystkim mineralnej (Guéguen i Pointillart, 2000). Mleko dostarcza dużych ilości wapnia i dobra biodostępność wapnia w produktach mlecznych nie jest kwestionowana. Nie zawsze jednak konsumpcja odpowiednich ilości mleka i przetworów mlecznych jest akceptowana przez indywidualne jednostki. Wynika to głównie z nadmiernej kaloryczności produktów mlecznych lub nietolerancji laktozy. Istnieje szereg opracowań wskazujących na to, iż równie dobrym źródłem wapnia jak mleko mogą być wody mineralne bogate w ten pierwiastek. Ułamek wapnia absorbowanego z wód mineralnych jest zbliżony do ułamka absorbowanego z mleka, a obecne w wodzie mineralnej aniony mają jedynie nieznaczny wpływ na jego biodostępność (Ekmekcioglu, 2000).

Ze względu na znaczne zapotrzebowanie na wapń lekarze często zalecają jego suplementowanie. Wydaje się, że dodatkowe suplementowanie wapnia ma korzystny wpływ na stan kośćca dzieci, młodych ludzi i kobiet w okresie przekwitania. W krajach rozwiniętych często występuje niedobór witaminy D₃, odgrywającej kluczową rolę w aktywnym transporcie wapnia do krwi i niezbędne jest jej podawanie. Dotyczy to szczególnie miesięcy zimowych w krajach położonych na szerokościach geograficznych, gdzie dzień jest krótki. Wapń najczęściej jest suplementowany w formie najtańszych związków: węglanu oraz cytrynianu. W celu osiągnięcia lepszej efektywności wchłaniania, węglan wapnia należy przyjmować podczas posiłku. Rzadziej stosuje się mleczan i glukonian wapnia. Przyjmuje się, że maksymalna jednorazowa dawka wapnia nie powinna przekraczać 500 mg w przeliczeniu na pierwiastkowy wapń (Straub, 2007). Do żywności wzbogacanej w wapń w procesie produkcji należą m.in. płatki śniadaniowe, sok pomarańczowy, chleb i ciastka.

Co pewien czas pojawiają się w prasie naukowej doniesienia, iż pomimo dobrej absorpcji wapnia w postaci suplementów, mniejsze ryzyko rozwinięcia osteoporozy występuje u ludzi, u których zapewniony był wystarczający dowóz wapnia wraz z żywnością.

4.3. Fosfor

4.3.1. Funkcje w organizmie człowieka

Fosfor jest makroelementem jednakowo niezbędnym dla organizmów roślinnych i zwierzęcych. Zawartość fosforu w organizmie człowieka podana w tabeli 4.1 wskazuje na to, iż pierwiastek ten jest równie niezbędny do funkcjonowania organizmu ludzkiego. Przede wszystkim nieorganiczny związek fosforu, jakim jest hydroksyapatyt, stanowi główny składnik kości i zębów (por. p. 4.2.1). Około 85% całkowitego fosforu w ciele człowieka jest zmagazynowane w tkance kostnej. W osoczu krwi fosfor występuje w pewnych ilościach jako niezwiązane jony ortofosforanowe(V) \textrm{PO}_{4}^{3-}, rzadziej pirofosforanowe(V) \textrm{P}_{2}\textrm{O}_{7}^{4-}. Wolne jony ortofosforanowe(V) są określane w podręcznikach biologii i biochemii jako fosforan nieorganiczny i oznaczane symbolem Pi (pirofosforany oznaczane są jako PPi). W osoczu krwi, którego pH jest ściśle kontrolowane i utrzymywane na poziomie 7,4, jony fosforanowe występują w postaci mieszaniny diwodorofosforanu(V) i monowodorofosforanu(V):

Poza układem kostnym fosforany najczęściej występują w postaci estrów fosforanowych: mono-, di- i trifosforanów nukleozydów, a także kwasów nukleinowych DNA i RNA. Większość koenzymów to estry kwasu fosforowego(V) lub pirofosforowego(V). Spośród fosforanów nukleozydów najliczniej w organizmie jest reprezentowany adenozynotrifisforan (ATP, rys. 4.1) i adenozynodifosforan (ADP). Wiązania fosfoestrowe obecne w ATP i ADP są często określane jako „wysokoenergetyczne”, ponieważ reakcje z jego udziałem są ważnymi sposobami przekazywania energii w obrębie komórek. Określenie to nie jest jednak zbyt ścisłe – wręcz przeciwnie, wiązanie fosfoestrowe ma niezbyt wielką energię i w wyniku jego zerwania, a następnie utworzenia innych wiązań o wyższej energii następuje stabilizacja układu reakcyjnego. Entalpie swobodne obu zapisanych poniżej reakcji dysocjacji:

ATP ADP + Pi

ATP AMP + PPi

są silnie ujemne, a zadaniem organizmu jest utrzymywanie stosunku ATP/ADP dalekiego od położenia stanu równowagi tych reakcji, co odbywa się kosztem energii pozyskiwanej z żywności (zwierzęta) lub światła (rośliny). Reakcje fosforylacji i defosforylacji białek z udziałem ATP/ADP są podstawowym sposobem regulacji przepływu energii swobodnej wewnątrz komórek, czyli regulacji wewnątrzkomórkowych procesów metabolicznych. Organizm przeciętnego dorosłego człowieka zużywa dziennie około 200 kg ATP, co oznacza, że wynosząca około 100–200 g pula ATP w ludzkim ciele jest ponad 1000 razy przetwarzana w ciągu dnia (Brown i wsp., 2006).

Rysunek 4.1. Adenozynotrifosforan ATP w postaci soli z magnezem (Mg-ATP)

Niedobór fosforu jest rzadki u ludzi, bywa natomiast obserwowany u przeżuwaczy. Objawami tego deficytu są utrata apetytu oraz łaknienie spaczone, które w tym wypadku oznacza występowanie apetytu na przedmioty takie, jak drewno, ubrania czy kości.

4.3.2. Wchłanianie związków fosforu z żywności w przewodzie pokarmowym i jego transport w obrębie organizmu człowieka

Fosforany związane z białkiem są określane w literaturze jako „fosforany organiczne”, chociaż jest to niezbyt zgodne z nomenklaturą chemiczną, w której za organiczne związki fosforu uznaje się związki zawierające wiązanie fosfor –węgiel. Tutaj będą one nazywane fosforanami pochodzenia organicznego. Zatem fosforany pochodzenia organicznego ulegają hydrolizie w przewodzie pokarmowym i są absorbowane w postaci nieorganicznych jonów fosforanowych. Stopień absorpcji zależy od stopnia strawienia pokarmu, uaktywnienia receptorów kalcytriolu w błonie śluzowej (por. p. 4.2.2) oraz obecności w trawionym pokarmie substancji wiążących jony fosforanowe, takich jak jony glinu czy kwas nikotynowy. Zwykle mieści się on w przedziale od 30 do 60% (Noori i wsp., 2010).

Wymiana jonów fosforanowych pomiędzy płynami zewnątrzkomórkowymi a kośćcem jest konsekwencją homeostazy jonów wapnia. Uwalnianie lub wiązanie jonów fosforanowych przez kości odbywa się w tym samym kierunku, co transport jonów wapnia. Uważa się powszechnie, iż przemieszczanie jonów fosforanowych do wnętrza komórek odbywa się na drodze transportu biernego, zgodnie z gradientem stężeń.

7
Białka
Zdzisław E. Sikorski

7.5. Zmiany białek zachodzące w czasie obróbki cieplnej

W przetwórstwie i w przygotowywaniu potraw ogrzewa się żywność celem:

☐ zabezpieczenia przed zepsuciem;

☐ zniszczenia patogennych drobnoustrojów, pasożytów oraz składników toksycznych lub antyżywieniowych;

☐ stworzenia optymalnych warunków do przebiegu pożądanych reakcji chemicznych lub enzymatycznych;

☐ wykształcenia oczekiwanych cech sensorycznych;

☐ odparowania wody i usunięcia niepożądanych, lotnych związków;

☐ zwiększenia strawności niektórych składników;

☐ zwiększenia szybkości wymiany masy i ciepła;

☐ wydzielenia określonych frakcji.

Nawet jeśli celem jest wywołanie pożądanych zmian składników sacharydowych albo lipidowych, to „przy okazji” wzrost temperatury wpływa również, pozytywnie lub negatywnie, na stan białek zawartych w żywności. Skutki zależą od parametrów ogrzewania – czasu, temperatury oraz szybkości wymiany ciepła, od składu i stanu ogrzewanego materiału, a także od warunków środowiska, w tym dostępności powietrza, reaktywnych form tlenu i wolnych rodników, odczynu, siły jonowej oraz aktywności enzymów.

Podstawowym efektem ogrzewania jest zwiększenie szybkości reakcji chemicznych i biochemicznych zgodnie z prawem Arrheniusa. W przypadku przemian biochemicznych wzrost szybkości katalizowanych reakcji trwa tylko do momentu, w którym zanika aktywność enzymu wskutek denaturacji cieplnej.

Ogrzewanie stwarza w przetwórstwie wielu surowców optymalne warunki do działania określonych enzymów, jak np. w zacieraniu słodu w browarze stosowanie tzw. przerwy białkowej w temperaturze ok. 53°C i przerw cukrowych w temperaturze 63 i 75°C. W innych przypadkach konieczne jest zniszczenie niepożądanych enzymów, jak lipoksygenazy, tioglukozydazy, lipaz i niektórych proteaz. Bardzo często celem jest inaktywacja białkowych toksyn drobnoustrojów, inhibitorów enzymów, np. inhibitorów proteinaz w nasionach roślin strączkowych, oraz alergennych białek.

Ogrzewanie bardzo istotnie zmienia reologiczne właściwości mięsa i ryb. Poszczególne białka mięśniowe denaturują w różnej temperaturze. Większość białek globularnych denaturuje i koaguluje w temp. 40–60°C, natomiast białka fibrylarne miofibryli rozfałdowują się, począwszy od temp. 30–32°C, rozfałdowane cząsteczki asocjują w temp. 36–40°C, a w temp. 45–50°C żelują. Kolagen mięsa denaturuje w temp. 53–65°C i się kurczy. Jeśli jego struktura nie jest silnie usieciowana wiązaniami kowalencyjnymi, dalsze ogrzewanie powoduje jego rozpuszczenie i w temp. ok. 80°C utworzenie żelatyny. Zatem wskutek rozfałdowania cząsteczek oraz rozpadu istniejących i tworzenia nowych wiązań sieciujących, a także termicznej hydrolizy łańcuchów polipeptydowych następuje skurcz włókien lub zanik struktury fibrylarnej, zwiększenie rozpuszczalności składników i żelowanie, a także wyparowanie oraz wyciek części wody. Ubytek wody zależy od rodzaju i przygotowania mięsa czy ryby do obróbki cieplnej i zwiększa się ze wzrostem temperatury w mięsie. Straty wody w wyniku parowania i wycieku sięgają od kilkunastu procent do ok. 40% pierwotnej masy surowca i zależą od kwasowości mięsa – ze wzrostem pH zmniejsza się ilość wycieku cieplnego. Wynikiem tych przemian zachodzących w różnych zakresach temperatury jest zmieniająca się z czasem ogrzewania twardość/kruchość mięsa, zależna także od jego składu i rozdrobnienia oraz od pH, zawartości wody i siły jonowej środowiska (rys. 7.14).

W licznych produktach tworzą się sieciujące wiązania wynikające z reakcji Maillarda i transamidacji, wiązania izopeptydowe i nowe mostki –S–S– wskutek wymiany z grupami tiolowymi (rys. 7.15).

Rysunek 7.14. Wpływ temperatury i pH na twardość mięsa

Rysunek 7.15. Sieciujące wiązanie ε-N(γ-glutamylo)-lizyloamidowe

Ogrzewanie w zasadowym środowisku może prowadzić do hydrolizy amidów i niektórych wiązań peptydowych, a także do β-eliminacji w resztach aminokwasów i powstawania odpowiednich karboanionów oraz reaktywnej dehydroalaniny (rys. 7.16). W wyniku rekombinacji karboanionów z protonem tworzą się enancjomery L i D. Szybkość racemizacji zależy od właściwości białek i reszt aminokwasów. W reakcji dehydroalaniny z grupą aminową lub tiolową tworzą się wiązania sieciujące (rys. 7.17), a z amoniakiem reszta kwasu diaminopropionowego. W hydrolizatach białka ogrzewanego w środowisku zasadowym można zatem wykryć enancjomery oraz nietypowe aminokwasy (rys. 7.18). Żywność ma na ogół odczyn obojętny lub kwasowy, lecz w nielicznych przypadkach stosuje się środowisko zasadowe, np. przy ekstrakcji białek z różnych surowców oraz inaktywowaniu inhibitorów proteaz i mikotoksyn. Zasadowy odczyn ma także gotowane jajo. Zawartość lizynoalaniny w żywności zależy od pH oraz czasu i temperatury ogrzewania; w gotowanych parówkach, mięsie pieczonego kurczaka, w białkowej części jaja gotowanego 3 min lub 30 min oraz w słodzonym skondensowanym mleku wynosi, odpowiednio, około 50, 110, 140, 370 i 350–550 μg/g.

Rysunek 7.16. Powstawanie dehydroalaniny

Rysunek 7.17. Tworzenie wiązań sieciujących w reakcji z dehydroalaniną

Rysunek 7.18. Nietypowe aminokwasy w hydrolizatach białka ogrzewanego w środowisku zasadowym

Gotowanie, pieczenie, smażenie, duszenie i opiekanie wykonywane zgodnie z zasadami sztuki kulinarnej powoduje wykształcenie się pożądanych sensorycznych cech produktu – zapachu, smaku, barwy i konsystencji m.in. wskutek zmian białek i wytwarzania się lotnych związków zapachowych. Na ogół temperatura wewnętrznych części produktu nie przekracza 100°C, nawet w filecie ryby smażonej 2–3 min w głębokim oleju o temp. 180°C albo w kaczce pieczonej w piekarniku w temperaturze 210°C. Natomiast powierzchniowa warstwa, w dużej mierze odwodniona, jest znacznie gorętsza, co sprzyja powstawaniu licznych wtórnych, barwnych i lotnych produktów reakcji Maillarda. Po odpowiednio długim czasie prowadzi to do strat niezbędnych aminokwasów. Przy sterylizacji konserw wnętrze zawartości puszki osiąga niekiedy nawet temp. 130°C, ale tak wysoką temperaturę utrzymuje się zaledwie kilkadziesiąt sekund, tak, żeby uzyskać zamierzony efekt sterylizacyjny, tzn. zmniejszyć liczbę żywych bakterii o 12 rzędów wielkości, przy minimalnej utracie jakości sensorycznej i wartości żywieniowej produktu. Na ogół przy stosowaniu racjonalnych parametrów obróbki cieplnej ubytek biologicznej wartości białek w różnych produktach jest niewielki, rzędu kilku procent. Pojawiające się w piśmiennictwie informacje o kilkudziesięcioprocentowych stratach odnoszą się zazwyczaj do badań laboratoryjnych, w których próby utrzymuje się kilka godzin w temp. 120–130°C. Takich warunków nie stosuje się jednakże w gastronomii ani w przemyśle żywnościowym.

7.6. Biologiczna rola białek żywności

Białka diety są źródłem aminokwasów uwalnianych w procesach trawienia i wchłanianych w przewodzie pokarmowym. Aminokwasy służą w pierwszym rzędzie jako substrat do syntezy białek organizmu oraz różnych innych związków azotowych pełniących rozliczne funkcje biologiczne. Są one także wykorzystywane w metabolizmie jako materiał do budowy sacharydów i lipidów oraz dostarczają energii w przypadkach, gdy jest ich nadmiar w pokarmie w stosunku do zapotrzebowania jako substratu w syntezach lub gdy w diecie brakuje wystarczającej ilości lipidów i sacharydów.

Wartość odżywcza białka zależy od jego składu aminokwasowego oraz podatności na hydrolizę i wchłonięcie w przewodzie pokarmowym. Podatność białka na trawienie określa się jako strawność. Jej miernikiem jest współczynnik strawności, tzn. stosunek ilości białka wchłoniętego przez organizm do ilości białka w pobranym pokarmie, wyrażony w procentach. Zależy on od rodzaju reszt aminokwasów wchodzących w skład białka, gdyż enzymy trawienne mają specyficzność substratową, a także od dostępności enzymów do wiązań peptydowych wynikającej z konformacji cząsteczek. Oddziaływanie wielu czynników w czasie przechowywania i przetwarzania żywności może powodować denaturację białka, co może odsłonić wiązania peptydowe i zwiększyć strawność. Dalsze przemiany zachodzące np. w wyniku nadmiernego ogrzewania lub reakcji ze składnikami środowiska mogą spowodować zacieśnienie struktury wskutek usieciowania i zmniejszenie strawności białka.

Wartość białek wchłoniętych w przewodzie pokarmowym jest tym większa, im bardziej ich skład aminokwasowy odpowiada zapotrzebowaniu organizmu. Dorosły człowiek nie syntezuje ośmiu niezbędnych aminokwasów (egzogennych) (patrz tab. 7.5), musi je zatem pobierać w pokarmie, a pozostałe, endogenne, wytwarza w procesach metabolicznych z odpowiednich substratów, w tym azotowych. Białka różnych produktów żywnościowych są pełnocenne, jeśli dostarczają wszystkich niezbędnych aminokwasów w pożądanych proporcjach, lub niepełnocenne, gdy ich skład aminokwasowy nie zaspokaja potrzeb człowieka. Na ogół pełnocenne są białka mięśniowe i całego jaja kurzego, gdyż spełniają one z nadmiarem wymagania organizmu, natomiast w białkach pochodzenia roślinnego jest zbyt mało reszt kilku niezbędnych aminokwasów. Człowiek, jedząc chleb z rybą, uzupełnia niedobory składu białek roślinnych nadmiarem niezbędnych aminokwasów białka mięśniowego; dzięki temu zaspokaja potrzeby organizmu, a jednocześnie oszczędza te cenne aminokwasy, wykorzystując je jako materiał budulcowy, a nie energetyczny. Pożądany skład aminokwasowy diety można również uzyskać, jedząc odpowiednie ilości racjonalnie dobranych pokarmów roślinnych, różniących się niedoborami i nadmiarem aminokwasów niezbędnych.

Biologiczną wartość białka ocenia się, porównując jego skład aminokwasowy ze składem wzorca opracowanego przez ekspertów FAO/WHO. Wzorzec ten kilkakrotnie modyfikowano, uwzględniając wnioski wynikające z nowych badań. Na podstawie wyników oznaczeń składu aminokwasowego można obliczyć:

☐ wskaźniki aminokwasów ograniczających CS (ang. chemical score), wskazujące, które aminokwasy i w jakim stopniu ograniczają biologiczną przydatność badanego białka:

gdzie: A i Aw – zawartość niezbędnego aminokwasu, odpowiednio, w białku badanym i wzorcu,

☐ lub wskaźnik aminokwasów niezbędnych EAA (ang. essential amino acid index), który jest średnią geometryczną stosunków zawartości aminokwasów niezbędnych w badanym białku i we wzorcu.

Oznaczanie składu aminokwasowego należy obecnie do rutynowych zadań analitycznych. Można więc wskaźniki CS i EAA wykorzystywać do oceny stopnia zniszczenia reszt niezbędnych aminokwasów lub ich związania w nieprzyswajalnych produktach reakcji wskutek obróbki w przemyśle żywnościowym i w przygotowywaniu potraw. W wielu przypadkach wystarczy jednakże oznaczenie aminokwasów szczególnie podatnych na zmiany. Wartość odżywczą białek można również mierzyć, stosując różne testy biologiczne, opisane m.in. w książce pod redakcją Jana Gawęckiego (2010). Tam znajdują się także informacje o aktualnych zaleceniach dotyczących udziału białek w diecie człowieka.