Kemi i maten Föreläsning för kursen Experimentell kemi i Gävle 9-14 augusti 2015

Transkript

1 Kemi i maten Föreläsning för kursen Experimentell kemi i Gävle 9-14 augusti 2015

2 Tecknare och livsmedelskemist Kemi, matematik, antropologi, konsthistoria i Uppsala. Konsthögskolan Stockholm. Forskarutbildning, SLU Ultuna. Informationschef Riksmuseet. Illustratör, läromedelsförfattare Undervisning: allmän kemi UU, kemi SLU, kostekonom- och dietistprogrammen UU, Restauranghögskolan, Grythyttan, livsmedelsteknisk högskoleutbildning, fristående kurser om drycker LTH. Senaste tjänst: Lektor i livsmedelskemi på LTH, Lund.

3

4 Kemi i maten följer samma lagar och principer som annan kemi Vad är speciellt? Sällan rena ämnen Ofta blandning av en mångfald ämnen Ofta fler än en fas Heterogena blandningar (emulsioner, skum, suspensioner, geler) De flesta livsmedel är biologisk vävnad

5 Viktiga parametrar och egenskaper ph Laddning Laddningens beroende av ph Hydrofil hydrofob (polär opolär) Temperatur Egenskaper hos polymerer

6 Mångfald, exempel smör rester av fettkulor vattenfas I mjölkfett finns fler än 400 olika fettsyror. Det innebär att antal olika triacylglyceroler (fettmolekyler) kan vara flera tusen. Hittills är 200 identifierade. Konsekvens: smör har ingen smältpunkt. karboxylände metylände C14:0 fettsyra C18:1,n-9 flytande fett med fettkristaller C18:0 triacylglycerol

7 Mångfald Några vanliga triacylglyceroler i mjölkfett 4:0,16:0,16:0 6:0,14:0,18:1 6:0,16:0,18:2

8 Mångfald Smör och andra matfetter har ingen smältpunkt andel fast fas (%) kakaosmör smör temperatur ( C)

9 Mångfald Kristallpolymorfi Fetter har ingen smältpunkt i stället ett smältintervall. Smältintervallet är inte detsamma som stelningsintervallet. Fetter stelnar vid lägre temperaturer än dem som de smälter vid. Det beror på att den kristallfas som smälter inte är densamma som bildas vid stelning. Smör har 5 kristallfaser: a, sub-a, b 1, b 2, b. Kakaosmör har dessutom två b-faser.

10 R + H 3 N C C H O O Laddning svavelbrygga a-helix a-kol + aminosyra _ b-struktur a-laktalbumin, ett av vassleproteinerna i mjölk a-helix Ca Ca aminoände _ karboxylände + N C a-kol C N C C N C C N C C tetrapeptid

11 Proteinets nettoladdning Laddning och ph Nettoladdning och ph för de två vanligaste proteinerna i äggvita ovotransferrin denaturerar lätt vid fasgräns mot luft isoelektrisk punkt ovalbumin denaturerar vid ca 60 C ph

12 Laddning och ph Äggviteprotein Ovotransferrin, 12 %, M w Skiss. Ovalbumin, %, M w plusladdning minusladdning

13 Laddning och ph Generellt och förenklat 0 7 Isoelektrisk punkt 1 4 COOH NH + 3 COO NH + 3 COO NH 2 COO COOH NH 2 NH 2 ph COOH NH + 3 NH + 3 COOH positiv nettoladdning COOH NH + 3 NH + 3 COO nettoladdning noll COO COO COO negativ nettoladdning

14 Mjölkproteiner a-helix Det finns två proteinfraktioner i mjölk: vassleproteiner och kaseiner. De två dominerande vassleproteinerna i komjölk är a-laktalbumin och b-laktoglobulin. Det finns fyra sorters kaseiner: a s1 -, a s2 -, b- och k-kasein. Kaseinerna är associerade till varandra i miceller av varierande storlek, mellan 50 och 500 nm i diameter. Ca 2+ 1 a-helix 123

15 En medelmicell har diametern 120 nm och innehåller ca monomerer symbol för k-kasein Kaseinmicellmodell kalciumfosfatkluster k-kasein det röda är en starkt polär del k-kasein kaseinmicellens isoelektrisk punkt är ca 4,5 fri b-kaseinmolekyl i jämvikt med micellen a-laktalbumin i ungefär samma skala som kaseinmicellen

16 Laddning och ph Utfällning av kasein med syra vid ph-sänkning mot isoelektriska punkten aggregerar micellerna och faller ut som en gel - ostmassa vid mjölkens ph är kaseinmicellerna (pi = 4,5) minusladdade och repellerar varandra

17 Hydrofil - hydrofob Utfällning med löpeenzym enzymet arbetar kymosin mjölkfett k-kasein modell 3Dstrukturen är inte känd

18 ph Kokning av mjölk ger koksmak av lågmolekylär tiol b-laktoglobulin dimer denaturerad monomer monomer monomer oktamer

19 Temperatur Denaturering i värme a-laktalbumin Denaturering: 3D-strukturen förstörs. Koagulering: Proteinkedjor aggregerar till koagel eller gel. smält globulärt tillstånd polypeptidkedjan helt utvecklad

20 Heterogen blandning Emulsionssås med äggula äggula, någon syra, kryddning, smör ägguleprotein uppvärmning och omrörning/vispning proteinet denaturerar proteinkedjan vecklar ut sig Bo Furugren 2014

21 Heterogen blandning Denaturerade proteiner bildar gel en gel bildas när stora molekyler bildar ett tredimensionellt nätverk som binder vatten vatten syra underlättar Bo Furugren 2014

22 Heterogen blandning denaturerat protein Smält eller mjukat smör vispas i Det bildas en olja-i-vattenemulsion. Oljefasen är flytande smör, vattenfasen är en proteingel. Denaturerat protein är emulsionsmedel. vattenfas vattenfas vattenfas flytande smör fosfolipid Bo Furugren 2014

23 Mångfald - exempel polysackarider Ingredienser i en glass fruktkärnmjöl guarkärnmjöl karragenan polysackarider, hydrokolloider livsmedelstillsatser konsistens, stabilitet

24 Mångfald Hydrokolloider Fruktkärnmjöl (johannesbrödkärnmjöl, guarkärnmjöl) Algpolysackarider (karragenaner, alginater) Pektinämnen Växtgummin (dragant, gummi arabicum) Bakteriepolysackarider (xantan) Modifierad cellulosa (karboximetylcellulosa) Modifierad stärkelse Alla utom stärkelse är kostfiber

25 Mångfald Guaran från guarböna a-galaktos b-mannos b-mannos Guarkärnmjöl (E412) är billigt och löser sig lätt i kallt vatten under gelbildning. Polysackariden heter guaran och är en galaktomannan, en b-1,4- länkad mannan med a-1,6-länkad galaktos i förgreningspunkter. Guaran är en s.k. hemicellulosa.

26 Mångfald Karragenaner från rödalger k-karragenan 3,6-anhydro-a-galaktos 3,6-anhydro-a-D-galaktos m-karragenan a-galaktos-6-sulfat b-galaktos-4-sulfat Karragenanerna är linjära (ogrenade), minusladdade galaktaner med esterbundna sulfatgrupper. Karragenaner används som gelbildare, stabiliserings- och förtjockningsmedel. De framställs ur olika släkten rödalger. Benämningen kommer från den irländska hamnstaden Carragheen.

27 cellulosamolekyler Mångfald hemicellulosa pektin cellulosamikrofibrill Växtcellvägg Skikt med cellulosamolekyler membranlipider membranprotein

28 Mångfald Polysackarider som finns naturligt i maten Stärkelse amylos, amylopektin a-glukos Fiberpolysackarider cellulosa, hemicellulosor, pektiner, fruktaner b-glukos Amylos och amylopektin är a-glukaner Cellulosa är en b-glukan Hemicellulosor kan vara b-glukaner, mannaner, xylaner, galaktaner mm. Pektiner, dominerande monomer är galakturonsyra. Pektiner är därför minusladdade.

29 stärkelskorn Stärkelse finns i korn plastid amorft skikt potatis 7 10 nm högkristallint skikt ca nm tjockt amorft kristallint vete amorft skikt

30 Amylos är praktiskt taget linjär (ogrenad) Amylopektin är grenad och mycket stor. Ofta fler än en miljon glukosenheter modell av dubbelhelix i amylopektin

31 Temperatur gelbildning Viskositet (relativ skala) kornen sväller, konsistensen tjocknar kornen faller sönder Stärkelse sväller i värme och vatten gelatinering Överskott av vatten Temperatur ( C) C C < 60 C C > 85 C Underskott av vatten som i en vetemjölsdeg

32 Skum, gelbildning Vetemjölsdeg skumlamell gluten svavelbrygga

33 Vetebröd åldras - staling Åldringsprocesserna i ett färdigbakat bröd börjar när temperaturen sjunker under 60 C. Åldrandet sker med stigande hastighet ned till 4 6 C. Därför ska man inte lagra bröd i kylskåp. I munnen känns brödet mindre färskt och torrare. Inkråmet blir hårdare och smuligare. Orsakerna är flera, en viktig orsak är stärkelsens retrogradering, vilket innebär att amylopektin kristalliserar. Vatten omfördelas.

34 Brödets klagovisa I am staling, I am staling certain changes beeing made redistribusion of the water and the starch will retrograde Freshness fading, freshness fading the dryness feeling will proceed blame the starch that s loosing water very sorry, yes indeed

35 Mångfald, biologisk vävnad Växter är kemiska fabriker När man intar frukt eller grönsaker får man i sig en hel arsenal av kemiska ämnen. En del nyttiga, en del mindre nyttiga. Därför ska man variera grönsaker. Frukter som äts av djur för att fröna ska spridas kan anses säkra. Om vegetabilien inte är värmebehandlad, äter man en levande vävnad. En morot, t.ex. dör när den äts upp eller kokas.

36 Biologisk vävnad Kött är muskelvävnad muskel muskelcell, muskelfiber

37 Biologisk vävnad Sarkomeren är muskelns kontraktila enhet Z-linje tunt filament M-linje tjockt filament Z-linje sarkomer förkortad sarkomer Tjocka filamentet är en polymer av myosin. Tunna filamentet är en polymer av aktin med ytterligare proteiner bundna till sig.

38 ph och laddning ph 7,0 6,5 DFD (mörk) Efter slakt sjunker muskelns ph 6,0 5,5 5,0 normal PSE (ljus) Tid (i timmar) post mortem vattenbindningsförmåga (relativ skala) kött som innehåller 2 % NaCl Köttets vattenbindningsförmåga beror av ph färskt kött 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 köttets ph

39 Temperatur Tillagning förkortning och svinn i % skärmotstånd i relativ skala 60 skärmotstånd Denaturering. Globulära proteiner vecklar ut sig, fiberproteiner krymper sarkomerförkortning svinn temperatur ( C)

40 Biologisk vävnad och mångfald Blodig biff finns inte stekyta brun och aromatisk p.g.a. maillardreaktion myoglobin brunt skikt innanför stekytan metmyoglobin, oxiderat myoglobin Maillardreaktioner sker mellan aminer och aldehyder och ger upphov till en mångfald produkter: från bruna polymerer (melaniner) till aromämnen, stekmutagener och andra lågmolekylära ämnen

41 Blodig biff och Bloody Mary Blodig biff och Bloody Mary Blod i namnen men inget blod Blodig syftar på röda färgen Å det tror jag att ni förstod Det röda är i biffen proteinet myoglobin Och det röda i Bloody Mary är tomatfärgen lykopen.