مواضيع عن كيميا الاغذية

[rand][/rand]
أولا تعريف علم كيمياء الأغذية:





كيمياء الأغذية: هو العلم الذي يهتم بدراسة المكونات داخل الأغذية من حيث التركيب الكيميائي والخواص والتفاعلات والتغيرات التي تطرأ على الغذاء وعلى بنية الغذاء الأساسية.
1. الفصل الأول : الماءwater:



1-1 مقدمة: يعتبر الماء كعنصر أساسي لقيام الخلايا بوظائفها المتعددة ويمكن أن نحصل عليه عن طرق السوائل أو الأغذية التي يتم تناولها بشكل مباشر ولكن قسم من الماء يتكون في الجسم كناتج عرضي للتفاعلات الحيوية التي تحدث في الجسم , وتكون نسبة الماء في الإنسان البالغ 65% من وزن الجسم. كما أن أغلب المواد الغذائية تحتوي على نسبة من الماء تزيد عن 70% لهذه الأغذية , وبالتالي تمنح الجسم كميات كبيرة من الماء , وكميات الماء المطروحة من الجسم عن طريق الجلد والتنفس تعادل تقريبا كمية الماء المطروحة من البول ويطلق على كمية الماء المطروحة و المأخوذة Daily Water Balance وهو ميزان الماء اليومي وتعني التوازن بين كميات الماء المأخوذة والمطروحة من قبل الجسم.









1-2 خواص الماء:
1-2-1تقسم خواص الماء إلى قسمين هما:



أ‌- التغيرات الكيميائية:كما في حالة كسر الأصرة بين ذرتي الهيدروجين والأكسجين كما في عمليات تحليل سكر السكروز في المعدة والجليسريدات الثلاثية .

ب‌- التغيرات الفيزيائية: كبقاء جزيئية الماء على حالتها الطبيعية.

*و يعتبر الماء من المواد الشائعة التي تأخذ خواصها الفيزيائية على أنها حقيقية مسلم بها , فهو يعتبر سائلا فريدا بخواصه إذا ما قورن ببقية السوائل فالماء ذو درجتي ذوبان وغليان عاليتين بالنسبة إلى المواد المقاربة له في الوزن الجزيئي كما في الجدول التالي:

[rand][/rand]
ويعود الفرق في الاختلاف الكبير بين درجتي الذوبان والغليان للماء وبقية المواد بشكل رئيسي إلى الأصرة الهيدروجينية الموجودة بين جزيئات الماء .كذلك فإن الحرارة النوعية للماء عالية , ويعزى ذلك إلى قوة تلك الأصرة التي تربط ما بين جزيئات الماء والأصرة المرتبطة بشكل غير منظم "وعلى الرغم من أن التسخين فإن جزءا مهما من الأواصر الهيدروجينية يبقى ثابتا, وكلما زادت درجة الحرارة فإن تلك الأواصر تقل ولكن الحالة السائلة للماء تبقى حتى 100درجة مئوية وفي أثناء هذه الدرجة تتحول الأواصر الهيدروجينية ويتحول الماء إلى بخار ولكن درجة الحرارة لا تتغير.
1-1 أنواع الماء:
يلاحظ أن الماء الموجود في الأغذية يمكن تقسمه إلى ثلاث أنواع :
1. الماء ذو الطبقة الأحادية "الماء الحر" : free water "monolayer water" يمكن إزالته بالتجفيف بالكامل.
2. الماء الشعري المدمص: "Capillary Water " قد يزال جزءا منه إثناء التجفيف
3. الماء المرتبط:" Bound water"لا يمكن إزالته بالتجفيف.
لا يعتبر الماء المرتبط مذيبا ولا يتجمد ويتوفر في المواد الصلبة ويوجد تعريفان للماء المرتبط.
الأول: هو الماء الذي لا يتجمد في درجات حرارية لغاية -20 درجة مئوية
الثاني: هو كمية الماء الموجودة في نظام مائي ولا يعتبر مذيبا.

[rand][/rand]ويشكل الماء المرتبط 10% من الماء الموجود في أنسجة الحيوانات ولا يمكن تجميده مع العلم بأن بروتينات بياض البيض وصفار البيض واللحوم والأسماك تحتوي على 0.4غم من الماء المرتبط لكل جرام من البروتين الجاف(0.4/1غم).
وهذا يعادل بالنسبة للحوم 11.4% من مجموع الماء الموجود بها .كما أن أغلب الخضروات والفواكه تحتوي على أقل من 6% من الماء الذي لا يتجمد.
*ولا يمكن التفريق بين الماء الحر والماء المرتبط في الأغذية أثناء استخلاصهما بواسطة العصر أو الطرد المركزي ويحتاج الماء أثناء تحوله إلى الحالة الغازية على شكل بخار الماء إلى كميات كبيرة من الحرارة وهذا ما يطلق عليه بالحرارة الكامنة للتبخير .
1-1 تركيب الماء:
يحتوي الماء على ذرة أكسجين وذرتي هيدروجين حيث ترتبطان ذرتي الهيدروجين مع ذرة الأكسجين بحيث يكونا زاوية مقدارها 105 ويعتبر الماء متعادلا كهربائيا في كافة الأحوال ولكن توزيع الشحنات في جزيئاته يكون ما يدعى جهة أو جانب أحادي حيث أن جهة الأكسجين تعتبر سالبة أكثر من الجهة التي تقع فيها ذرتا الهيدروجين التي تكون موجبة .
وتعتبر جزيئية الماء ثنائية القطب Dipolar حيث تنجذب جزيئات المادة بواسطة جزيئات المواد الأخرى التي تحمل جزيئات شحنات كهربائية سواء أكانت موجبة أو سالبة وذلك لكون أن الشحنات المختلفة تنجذب إحداهما على الأخرى وهذا يعني أن الماء يكون جزيئات أخرى نتيجة الجذب بين القطب الموجب والقطب السالب في جزيئات أخرى مما يسبب اندماج جزيئات الماء عن طريق نوع من الأصرة الثانوية المتكافئة تدعى بأصرة الهيدروجين وتكون أصرة الهيدروجين المتكونة ضعيفة جدا بالنسبة للأصرة التساهمية التي تربط الهيدروجين بالماء .
1-2 حالات الماء:
هناك ثلاث حالات للماء هي
1. الحالة السائلة للماء: قابلية جزيئات الماء على تكوين الأصرة الهيدروجينية منحه الخواص الفريدة التي يتميز بها من حيت ارتباط عدة جزيئات من الماء مع بعضها عن طريق الأصرة الهيدروجينية بالتالي هي المسئولة عن خاصية السيولة في الماء إذ تتحد عدة جزيئات من الماء مع بعضها البعض بشكل عنقودي محدد وتكون حركتها حرة وذلك لحدوث تبادل داخلي بين أواصر الهيدروجين.
2. الحالة البلورية للماء : يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى قلة حركة جزيئات الماء تدريجيا إضافة إلى تقلص حجمه وعندما تصل درجة حرارة الماء إلى 4 درجة مئوية فإنه يبدأ بتكوين شكل محدد من الترابط الهيدروجيني حيث يبدأ حجم الماء بالتمدد وعندما تنخفض درجة الحرارة من 4-0 درجة مئوية وتبدأ البلورات بالتكوين نتيجة لفقدان الحرارة من الماء وخلال تحول الماء إلى بلورات ثلجية فإن التمدد يصبح فجائيا حيت يتحول جميع السائل إلى حالة بلورية صلبة و تصبح زاوية الترابط بين بلورات الماء على شكل مشبك وتترك فراغا غير متكامل وتكون ذات شكل سدسي الأضلاع ,حيث يطفوا الثلج على السطح لأن كثافته أقل من الماء . وتحويل الثلج إلى بخار ماء دون المرور بالحالة السائلة يطلق عليه بظاهرة التسامي حيث تسبب هذه الظاهرة ما يسمى بالاحتراق ألتجميدي خاصة في الأغذية المجمدة وذلك بسبب فقدان الرطوبة منها.
3. الحالة الغازية للماء: وهي رفع درجة حرارة الماء مما يؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات بالوصول إلى درجة حرارة عالية تتحطم بعض الأواصر الهيدروجينية وخاصة عند الوصول إلى درجة الغليان حيث يكون الضغط البخاري للماء أكثر من الضغط الجوي وعندها تبدأ جزيئات الماء بالهروب من السطح فتحوله إلى بخار ماء بدرجة حرارة 100 درجة مئوية.

[rand][/rand]

1-1 الماء العسرHardness Water: نوعية الماء المستخدم في تحضير وصناعة الأغذية يجن أن يكون الماء المجهز ت\نقيا وخاليا من الأحياء الدقيقة المرضية التي يجب استبعادها بواسطة الترشيح أو قتلها بالمواد الكيماوية أو بالحرارة إضافة إلى أن الماء إذا احتوى على قسم من المواد الكيميائية الذائبة مثل أيونات الكالسيوم وأيونات المغنيسيوم فإنه يعتبر غير نقي في المفهوم الكيميائي ويحتوي الهواء الموجود في الماء على N2,CO2,O2, وعندما يسخن الماء فإنه يتم التخلص من تلك الغازات مما يجعل الماء عديم الطعم كما أن هناك كثيرا من المواد تذوب أو تتعلق بالماء أثناء ترشيحه بين طبقات التربة مما يؤثر على طعمه وكذلك على قابلية الاستخلاص.
نوع ودرجة العسرة: وجود أيونات الكالسيوم و المغنيسيوم يسبب العسرة في الماء وطبيعة هذه الأيونات هي التي تحدد فيما إذا كانت عسرة الماء مؤقتة أو دائمة حيث أن العسرة المؤقتة إذ كانت الأملاح الموجودة على شكل بيكربونات الكالسيوم Ca(HCO3) أو بيكربونات المغنيسيوم Mg(HCO3) وهذا النوع من العسرة يسبب ترسيبات في الأواني المستخدمة أثناء تسخين الماء . أما العسرة الدائمة إذا كانت الأملاح أو الأيونات على شكل كبريتات الكالسيوم CaSO4 أو كبريتات المغنيسيوم MgSO4 حيث تترسب تلك الأملاح أثناء تبخير الماء مع العلم بأن كافة الأملاح المسببة للعسرة تسبب تكوين قشرة على أجهزة وأواني التصنيع مما يشكل طبقة عازلة تؤدي إلى عدم كفاءة الأجهزة على نقل الحرارة وانسداد الأنابيب والصمامات وتكون رواسب صالحة لنمو الأحياء الدقيقة وتزيد من صعوبة تنظيف الأجهزة , ويعبر عن العسرة في الماء بجزء من المليون PPM , وتؤدي زيادة كمية أملاح الكالسيوم في الماء المستعمل في الطبخ وتصنيع الأغذية على أنواع عديدة من التلف في قوام الفاكهة والخضار بشكل خاص . إضافة إلى تلك الترسبات تعتبر قاعدية وتسبب التآكل في الألمنيوم والطلاء القصديري للعلب كما أنه لا يمكن استعمال الماء العسر لدرجة كبيرة في طبخ الخضروات الجافة كالقصدير والحمص والعدس . إضافة إلا أن لون الشاي يكون قاتما عند استعمال الماء العسر في تحضيره.

[rand][/rand]تنقية الماء العسر : هناك طرق عدة بغرض تنقية الماء وهي تعتمد بالدرجة الأولى على نوع العسرة ولذا ينظر إلى العسرة على أنها نوع من أنواع تلوث الماء وعملية التنقية تعتبر شكلا من أشكال التنقية الأخرى التي يجب القيام بها قبل استعمال الملء وفي حالة العسرة المؤقتة فإن الطريقة الرئيسية لإزالة الأملاح هي غلي الماء حين أن أملاح بيكربونات الكالسيوم أو المغنيسيوم الذائبة تتحول إلى كربونات الكالسيوم وكربونات المغنيسيوم وهي غير ذائبة وبالتالي يمكن إزالتها CaCO₃+H₂O Ca(HCO₃).
أما أملاح العسرة الدائمة فلا يمكن إزالتها بالتسخين ولذا يجري استعمال المواد الكيماوية بغرض إزالة هذا النوع من العسرة وذلك لأن المواد الكيماوية المضافة تتفاعل مع أملاح الكالسيوم أو المغنيسيوم وتحولها إلى أملاح غير ذائبة ومن الأمثلة على المواد الكيماوية المستخدمة Na₂CO₃ وأملاح متعددة الفسفور التي تقوم بتقنية الماء نتيجة ارتباطها مع أيونات الكالسيوم أو المغنيسيوم وهناك طرقة أخرى لتنقية العسرة الدائمة هي طريقة التبادل الأيوني وفيها يتم تمرير الماء على طبقات من مواد محببة غير ذائبة وتقوم هذه بإزالة كربونات الكالسيوم أو المغنيسيوم الموجودة في الماء بالتبادل مع أيونات الصوديوم أو الهيدروجين من الأمثلة على المواد المحببة هي السبائك المائية وهي تعطي أيونات الصوديوم وتأخذ أيونات الكالسيوم أو المغنيسيوم بالتبادل ويتم إزالة الأيونات المتجمعة من الكالسيوم أو المغنيسيوم لمحلول كلوريد الصوديوم الذي يزيلها ويحل محلها أيونات الصوديوم.