Физико-химические основы технологии продуктов общественного питания

Рекомендовано Федеральным учебнометодическим
объединением в системе высшего образования по укрупненной
группе

качестве учебного пособия для обучающихся по основным
образовательным программам высшего образования уровня
бакалавриата направления подготовки 19.03.04 «Технология
продукции и организация общественного питания»

специальностей и направлений подготовки 19.00.00
Промышленная экология и биотехнологии
в

Физикохимические
основы технологии
продуктов
общественного питания

М. В. Ксенз

. Ю. Тамова
Т. А. Джум
М

Учебное пособие

2021

Москва

И
М
НФРА

УДК [641.1:641.51/.54](075.8)
ББК 36.801я731+36.990я731
К86

Р е ц е н з е н т ы:
Лобанов В. Г., др техн. наук, проф.,
Кубанский государственный технологический университет;
Денисов А. А., заместитель генерального директора
ОАО «Курорт экспертиза», эксперт системы сертификации ГОСТ Р

Ксенз М. В., Джум Т. А., Тамова М. Ю.
К86
Физикохимические основы технологии продуктов общественного питания : учебное пособие / М. В. Ксенз, Т. А. Джум,
М. Ю. Тамова. — Москва : Магистр : ИНФРАМ, 2021. — 232 с.
(Бакалавриат)
ISBN 9785977605137 (в пер.)
ISBN 9785160160009
ISBN 9785161083758 (online)
Агентство CIP РГБ

В учебном пособии рассматриваются основные свойства белков, жиров, углеводов, пигментов и витаминов, а также описываются физикохимические
процессы, протекающие в пищевых продуктах при их кулинарной обработке,
и их влияние на качество кулинарной продукции.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 19.03.04 Технология продукции и организация общественного
питания, а также для руководителей предприятий общественного питания.

Электронная версия книги доступна в электронной библиотечной системе
www.znanium.com

УДК [641.1:641.51/.54](075.8)
ББК 36.801я731+36.990я731

© Ксенз М. В., Джум Т. А.,
ISBN 9785977605137
Тамова М. Ю., 2020
ISBN 9785160160009
© Издательство «Магистр», 2020

Введение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 7

1

Изменения белков, жиров, углеводов, пигментов и витаминов
при кулинарной обработке пищевых продуктов
.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 9

1.1. Белки и другие азотистые вещества .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 9
1.2. Углеводы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 25
1.3. Жиры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 41
1.4. Пигменты
.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 51
1.5. Витамины .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 60
1.6. Вода и минеральные вещества .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 65
Контрольные вопросы
.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 70
2

Физикохимические изменения, происходящие в пищевых
продуктах в процессе их кулинарной обработки .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 72

2.1. Овощи, плоды и грибы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 72
2.2. Крупы, бобовые и макаронные изделия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 87
2.3. Яичные и молочные продукты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 95
2.4. Мясное сырье .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 100
2.5. Рыбное сырье .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 114
2.6. Изделия из муки
.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 118
Контрольные вопросы
.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 127

3

Лабораторный практикум по физикохимическим изменениям
пищевых веществ при кулинарной обработке .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 130

Лабораторная работа № 1 на тему «Влияние температуры
на изменения белков животного и растительного
происхождения» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 130
Лабораторная работа № 2 на тему «Влияние концентрации
и состава белковых смесей на их вязкость после тепловой
кулинарной обработки» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 134

Физикохимические основы технологии продуктов общественного питания
5

Лабораторная работа № 3 на тему «Изменения органолептических
показателей и физических свойств растительных масел
при тепловой кулинарной обработке» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 137
Лабораторная работа № 4 на тему «Клейстеризация крахмала» .  .  . 139
Лабораторная работа № 5 на тему «Изменение физических свойств
крахмала при сухом нагреве» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 142
Лабораторная работа № 6 на тему «Влияние концентрации кислоты
на степень инверсии сахарозы» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 145
Лабораторная работа № 7 на тему «Влияние некоторых факторов
на изменение окраски свеклы» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 150
Лабораторная работа № 8 на тему «Количественное определение
ßкаротина в продуктах»
.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 153
Лабораторная работа № 9 на тему «Сравнительная микроскопия
сырых и вареных продуктов растительного происхождения» .  .  .  .  . 157
Лабораторная работа № 10 на тему «Влияние тепловой обработки
овощей на извлечение растворимых веществ»
.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 163
Лабораторная работа № 11 на тему «Влияние тепловой кулинарной
обработки на органолептические показатели мясного и костного
бульонов» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 166
Лабораторная работа № 12 на тему «Влияние различных факторов
на переход коллагена в глютин» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 170
Лабораторная работа № 13 на тему «Типы коагуляции белков» .  .  .  . 172
Лабораторная работа № 14 на тему «Выделение летучих соединений
при тепловой обработке пищевых продуктов» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 174
Лабораторная работа № 15 на тему «Влияние некоторых факторов
на изменение окраски мяса при тепловой кулинарной обработке» . 176

4

Тесты для самостоятельного контроля знаний .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180

Заключение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 222

Список использованных источников .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 224

Содержание

Предприятия общественного питания выполняют три основные
функции: производство, связанное с выпуском кулинарной продукции, а также мучных кондитерских и булочных изделий, их реализация и организация потребления с предоставлением комплекса
услуг, направленных на повышение уровня сервисного обслуживания потребителей с учетом выполнения требований международных стандартов. Питание интересно как фундаментальный биологический процесс, связанный с технологическим комплексом,
охватывающим цикл приготовления готовой продукции. Знание
специфики пищевой технологии позволяет грамотно осуществлять управление процессами приготовления продукции с заданными параметрами качества, которые находятся в прямой зависимости от физикохимических изменений питательных веществ при
кулинарной обработке. Особое внимание уделяется таким компонентам пищи, как белки и другие азотистые вещества, углеводы,
жиры, пигменты, витамины, изменение которых при кулинарной
обработке пищевых продуктов приводит к образованию новых
вкусов и ароматов, а также изменению структурномеханических
характеристик продукции.
Физикохимические изменения питательных веществ при кулинарной обработке оказывают влияние на пищевую ценность,
безопасность и качество продукции, что определяет их значимость
в кулинарной практике.
Обеспечение выпуска предприятием общественного питания
качественной продукции повышает доверие потребителей к предлагаемым им услугам, что позитивно отражается на конкурентоспособности предприятия в целом, создании репутации производителя безопасной кулинарной продукции, приготовленной в соответствии с технологическими принципами и соблюдением
санитарных требований.
В учебном пособии дана характеристика физикохимических
процессов, происходящих в пищевых продуктах, обрабатываемых
на предприятиях общественного питания, а именно в овощах, плодах, крупах, бобовых, макаронных изделиях, яичных продуктах,

Физикохимические основы технологии продуктов общественного питания
7

твороге, мясном и рыбном сырье, при производстве мучных изделий. Независимо от масштабов производства и уровня механизации продукция должна вырабатываться на единой научной и санитарногигиенической основе.
Согласно приказу Минобрнауки России от 12 ноября 2015 г.
№ 1332 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению
подготовки 19.03.04 Технология продукции и организация общественного питания (уровень бакалавриата)» среди видов профессиональной деятельности, к которым готовятся выпускники, освоившие программу бакалавриата по направлению подготовки 19.03.04,
ключевой является производственнотехнологическая, которая
оказывает непосредственное влияние на организационноуправленческую, научноисследовательскую, проектную и маркетинговую.
Знания по физикохимическим изменениям пищевых веществ
при кулинарной обработке являются базовыми, так как позволяют
дать научнотеоретическое обоснование технологических процессов производства продукции общественного питания.
Учебное пособие состоит из двух теоретических глав и двух
глав практического характера, включающих лабораторный практикум и тестовую базу для самостоятельного контроля знаний.
Материал изложен с использованием действующих в отрасли нормативнотехнических документов, ГОСТов, технических регламентов, санитарных правил и направлен на формирование профессиональных компетенций, отражающих способность использовать технические средства для измерения основных параметров
технологических процессов, свойств сырья, полуфабрикатов и качества готовой продукции, организовывать и осуществлять технологический процесс производства продукции питания, анализировать научнотехническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по производству продуктов питания, контролировать
качество кулинарной продукции предприятий питания.

Введение

1.1. Белки и другие азотистые вещества / 1.2. Углеводы / 1.3. Жиры /
1.4. Пигменты / 1.5. Витамины / 1.6. Вода и минеральные вещества

1.

В технологических процессах производства продукции общественного питания белки пищевых продуктов подвергаются значительным изменениям, связанным с их гидратацией, дегидратацией, денатурацией и деструкцией, а низкомолекулярные азотистые вещества — пиролизу (с образованием новых химических веществ). Эти
изменения оказывают огромное влияние на структурномеханические и органолептические показатели полуфабрикатов и готовой
продукции.
Белки — это высокомолекулярные соединения, играющие решающую роль в обеспечении жизнедеятельности человека.
В молекуле белка карбоксильная группа одной аминокислоты
соединяется с аминогруппой другой аминокислоты, образуя пептидную связь. Длинную цепь из аминокислот, соединенных пептидными связями, называют полипептидом. В молекуле белка
последовательность расположения аминокислотных звеньев, связанных пептидными связями, строго определена. Эта последовательность называется первичной структурой белка.
Полипептидная цепь белковой молекулы имеет спиралевидную форму, называемую вторичной структурой белка. Скручивание полипептидной цепочки в спираль происходит самопроизвольно за счет образования водородных связей между отдельными
ее частями (карбоаминовыми группами).
Способ укладки в пространстве полипептидной цепочки,
имеющей спиралевидную структуру, называется третичной структурой белка. Пространственное расположение полипептидной цеФизикохимические основы технологии продуктов общественного питания
9

почки определяет форму белка, которая может быть как глобулярной (шарообразной), так и фибриллярной (нитевидной).
Полипептидная цепь в молекуле белка определенным образом
укладывается и фиксируется с помощью различного рода взаимодействий между боковыми группами макромолекулы:
— ионных связей (между положительно и отрицательно заряженными боковыми группами аминокислот);
— водородных связей (между атомами, несущими частично положительные и частично отрицательные заряды);
— ковалентных связей (между атомами серы и двумя молекулами аминокислоты цистина);
— гидрофобных взаимодействий (возникают между неполярными боковыми цепями аминокислот).
Многим белкам свойственна еще и четвертичная структура,
которая объединяет несколько подобных друг другу частей субъединицы молекулы.
Третичная и четвертичная структуры белка очень чувствительны к воздействию температуры, изменениям pH, концентрации
солей, механическим воздействиям, ультрафиолетовым излучениям и другим факторам.
Фибриллярные белки отличаются от глобулярных тем, что в их
составе содержатся такие аминокислоты, как пролин и оксипролин, и отсутствуют серосодержащие аминокислоты (цистеин,
триптофан, метионин). Поэтому эти белки не образуют глобул,
а имеют нитевидное строение.
Рассмотрим, к примеру, белок коллагена. Молекула коллагена
состоит из трех параллельно расположенных спиралеобразных цепей. Эти цепи скручены в виде шнура вокруг общей оси. Вторичная структура фибриллярных белков такая же, как и у глобулярных
белков. Однако пролин и оксипролин в образовании вторичной
структуры участия не принимают. Полипептидные цепочки коллагеновой молекулы связаны водородными и ковалентными связями. Водородные мостики обусловливаются аминной (–NH) группой в первичной структуре, а в образовании этих водородных мостиков участвуют остатки глицина. Ковалентные связи могут
возникать между свободными карбоксильными группами аспарагиновой кислоты и гидроксильной группой оксипролина или оксилизина.
Коллагеновые волокна имеют разветвленную сеть. Это обусловливается свободными аминогруппами остатков лизина, кото10
Физикохимические основы технологии продуктов общественного питания

1. Изменения белков, жиров, углеводов, пигментов и витаминов при обработке

рые образуют пептидные связи с карбоксильными группами
другой молекулы лизина, а также образованием эфирных связей
между карбоксильными группами аспарагиновой кислоты и гидроксильными группами оксипролина.
Растворимость и гидратация белков. Молекулы нативного белка
на своей поверхности имеют гидрофильные полярно заряженные
и полярно незаряженные и другие группировки.
Полярные группы образуют различные связи как между собой,
так и с другими белковыми молекулами. Кроме того, полярные
связи образуют водородные мостики с водой. Молекулы воды также обладают полярностью (их можно представить в виде диполей с
разнозаряженными концами). При контакте с белком диполи
воды адсорбируются на поверхности белковой молекулы, группируясь вокруг полярных групп белка. Эта вода называется адсорбционносвязанной. Адсорбционная вода удерживается белками за
счет образования между их молекулами и водой водородных связей, относящихся к разряду наиболее слабых.
Различают два вида адсорбции — ионную и молекулярную, что
объясняется постоянным наличием на поверхности белковой молекулы двух видов полярных групп — связанных и свободных.
Связанные полярные группы (пептидные группы главных полипептидных цепей, гидроксильные, сульфагидрильные и др.)
присоединяют молекулы воды за счет молекулярной адсорбции.
Величина молекулярной адсорбции воды постоянна для каждого
вида белка.
Свободные полярные группы (аминогруппы диаминокислот,
карбоксильные группы дикарбоновых кислот и другие функциональные группы) диссоциируют в растворе, определяя величину
суммарного заряда белковой молекулы. Адсорбирование воды ионизированными свободными полярными группами белка называется ионной адсорбцией.
Наличие свободных функциональных групп и их количество
обусловливают степень ионной адсорбции, которая зависит от условий внешней среды и от степени диссоциации функциональных
групп. Величина ионной адсорбции изменяется с изменением реакции среды. В изоэлектрической точке, когда степень диссоциации молекул белка минимальная и заряд белковой молекулы равен
нулю, способность белка связывать воду наименьшая. Сдвиг pH
среды в любую сторону от изоэлектрической точки приводит к
усилению диссоциации основных или кислотных групп белка,

Физикохимические основы технологии продуктов общественного питания
11

1.1. Белки и другие азотистые вещества

к увеличению заряда белковых молекул и, следовательно, к усилению гидратации белка. На определенных этапах технологического
процесса эти свойства белков используют для увеличения их водосвязывающей способности.
От степени гидратации белков зависит такой важный показатель качества готовой продукции, как сочность и связанные с ней
критерии органолептической оценки. Так, в общественном питании способность белков к дополнительной гидратации используют при мариновании мяса перед тепловой обработкой. При этом
pH мяса снижается ниже изоэлектрической точки основных белков мяса, которое при тепловой обработке меньше обезвоживается, что позволяет получать готовые изделия с более высокими органолептическими показателями. В мясной фарш для производства более сочных готовых рубленых мясных изделий также
добавляют воду. В результате гидратации белки растворяются и набухают.
При изучении растворимости глобулярных форм белков большое значение придается гидрофобному взаимодействию, которое
возникает между неполярными группами полипептидных цепочек, сопровождаясь ослаблением их взаимодействия с окружающей водой. Неполярные группы максимально сближаются друг с
другом в результате появления мгновенных диполей. На этом участке полипептидная цепь изгибается вовнутрь. При этом все полярные группы остатков аминокислот оказываются ориентированными в наружную сторону боковой молекулы. Такая белковая
глобула очень хорошо растворяется в воде.
Белки обладают различной растворимостью: одни растворяются в дистиллированной воде, другие — в солевых растворах,
третьи — в спирте, некоторые не растворяются.
Часто растворение белков в воде начинается с набухания, в результате чего белки поглощают воду и увеличиваются в 1,5—2 раза.
При набухании вода проникает в белок. Молекула воды, обладая
высокой подвижностью, проникает в пространство между звеньями белкового полимера, раздвигая цепи макромолекул и способствуя увеличению объема белка. Отделение цепей друг от друга ослабляет силу межмолекулярного взаимодействия. Вследствие этого
связь
между
макромолекулами
резко
ослабляется,
они
отрываются от основной массы вещества и диффундируют в раствор. Набухание переходит в собственно растворение. Однако вода
не всегда может разрушить эти связи или разрушает их частично.

12
Физикохимические основы технологии продуктов общественного питания

1. Изменения белков, жиров, углеводов, пигментов и витаминов при обработке