.
Меню сайта
|
Химия пищиХимия пищиЗамечательная лаборатория — кухня! Сколько чудесных химических превращений совершается в ней! Вы хотели налить себе стакан молока, но, оставленное в теплом месте, оно скисло, и вы съедаете уже простоквашу. Вы с наслаждением вдыхаете аромат свежеиспеченного хлеба, покрытого аппетитной корочкой. Но ведь хлеб — это уже совсем не то, что мука, из которой он был испечен. Вы хотели поджарить яичницу, но зазевались, и яичница на сковородке подгорела. А вот варится суп. Мясо в нем потеряло прежнюю окраску, оно стало серым и легко распадается на отдельные волоконца. Пока человек не умел добывать огонь, он пользовался растительной и животной пищей в том виде, в каком находил ее в природе,— питался сырым мясом и сырыми плодами. А теперь едва ли кто-нибудь возьмется перечислить все кушанья, какие умеют готовить люди. Из каких же веществ состоит все это богатство современной кулинарии? Что происходит с пищей при ее приготовлении, а затем и в нашем организме? Человеку для питания нужны прежде всего три вида веществ — углеводы, жиры и белки. Продукты питания и состоят из этих веществ. Сало и масло — это жиры; в картофеле, овощах и хлебе много углеводов; мясо, рыба, яйца богаты белками. Всякий знает, что, кроме этих веществ, человеку нужны еще вода и соли. И то и другое также содержится в нашей пище. Например, в каждых 100 г капусты — 90 г воды. Но, кроме того, воду человек употребляет и отдельно, а соль добавляет в пищу. Известно также , что наш организм нуждается еще в микроскопических количествах так называемых витаминов (см. т. 4 ДЭ, ст. «Витамины»). Поговорим же о главных составных частях нашей пищи — об углеводах, жирах и белках. Начнем с ... киселя! Чтобы его сварить, нужен крахмал. Это белое мучнистое вещества называют иногда картофельной мукой. Крахмал разбалтывают в воде и выливают, помешивая, в горячий фруктовый сироп, который сразу начинает густеть. Вот этот крахмал и есть главный представитель углеводов, необходимых нашему организму.
«Как же это может быть,— спросите вы недоуменно,— ведь кисель мы едим сравнительно редко, а углеводы нужны организму постоянно?» Крахмал мы употребляем обычно не в чистом виде, а в составе различных продуктов. Его много в растительной пище — в клубнях и корнях, плодах и зернах. Каждые 100 г картофеля доставляют организму около 20 г крахмала, 100 г пшеничной муки — около 70 г крахмала. Чтобы убедиться в том, что крахмал в этих продуктах есть, проделаем опыт. Изотрите на терке две-три хорошо промытые картофелины. Затем заверните картофель в реденькую тряпочку и разминайте пальцами в воде до тех пор, пока не перестанет образовываться муть. Воде дайте отстояться. Вы заметите на дне кастрюли белый осадок, Слейте с него воду. Это и есть крахмал. Йодную настойку разбавьте водой и капните этим раствором в сваренный вами крахмальный клейстер. Жидкость сразу же окрасится в ярко-синий цвет. Разбавьте клейстер в 10—20 раз водой. Он и после этого от йода посинеет. Давайте теперь искать крахмал с помощью йодной настойки в различных продуктах. Капните раствор на свежий срез картофеля, на кусочек вареного картофеля, на срез неспелого яблока, на ломтик белого хлеба и даже на пудру. Всюду, оказывается, есть крахмал. Но синевы не получится, если капнуть йодным раствором на ломтик сала, кусочек мяса, на поваренную соль или на щепочку. Крахмал — сложное вещество, он состоит из трех видов атомов: углерода, водорода и кислорода. Вы уже вспомнили, что из этих трех видов атомов состоит и клетчатка. Сходство по составу крахмала и клетчатки прямо-таки разительное! У них даже одна и та же формула (С6Н1005)n, и в молекуле крахмала, как и в молекуле клетчатки, таких групп — С6Н10O6— тысячи. Почему же крахмал и клетчатка разные вещества? Причина в том, что звенья С6Н10O6 в молекуле клетчатки соединены в одну длинную цепь, а в молекуле крахмала разветвлены. Поэтому крахмал не образует волокон, а клетчатка не служит продуктом питания. В природе крахмал находится в виде зерен в растительных клетках. Зерна эти можно видеть под микроскопом. Каждое из них — это скопление громадного числа молекул. Когда вы терли картофель, то разрывали оболочки клеток, зерна освобождались, отмывались и осаждались на дно. Заметили ли вы, что на срезе клубня картофеля окраска йода появляется не сразу? Это потому, что зерна крахмала там защищены оболочкой. А в вареном картофеле клетки набухают от воды, оболочки лопаются и йод беспрепятственно попадает к крахмалу. В поисках крахмала капнем, кстати, йодом себе на руку. Да зачем капать? Мы и так знаем, что от йода наша кожа не синеет. Сколько крахмала мы поедаем в виде хлеба, картофеля, овощей, но в составе наших тканей его нет. Что же происходит с молекулой крахмала, когда она с пищей попадает в наш организм? Как аппетитно выглядит жареный картофель! При одном его виде, особенно если вы проголодались, «текут слюнки». И они текут недаром: для них сейчас найдется дело. При пережевывании во рту пища обильно смачивается слюной. В ней есть особое вещество — фермент амилаза. Большие молекулы крахмала могут разлагаться молекулами воды на более мелкие части, а амилаза помогает им в этом. Разложение молекул крахмала на все более и более мелкие части продолжается и дальше — в желудке и кишечнике (под влиянием других ферментов), пока он в конце концов не превратится в глюкозу С6Н12O6. Ее много в винограде, она и придает ему сладкий вкус. Поэтому глюкозу часто называют виноградным сахаром. Наш организм крахмал непосредственно не усваивает, так как его крупные молекулы не могут всасываться в кровь через стенки кишечника. Маленькие же, растворимые в воде молекулы глюкозы легко проникают в кровеносные сосуды и доставляются током крови ко всем тканям организма. Там глюкоза окисляется поступающим с кровью кислородом и превращается в углекислый газ и воду. При этом выделяется теплота. Она дает организму жизненную энергию и поддерживает определенную температуру тела. Значит, крахмал — это как бы топливо нашего организма. Теперь понятно, почему слабому больному для укрепления сил врачи прописывают глюкозу. Замечательное явление! Если крахмал полностью превращается в глюкозу, то глюкозы получается больше, чем было крахмала. Каждое звено С8Н10O5 превращается в молекулу глюкозы С6Н12О6. Сравните эти формулы. Между ними разница на молекулу воды Н2O. Превращение крахмала в глюкозу к тому и сводится, что к каждому звену С6Н10O5 присоединяется молекула Н2O. Эту реакцию изображают так:
(С6Н10О5)n + nН2О = nC6Н12О6 крахмал вода глюкоза Разложение вещества водой называется гидролизом. При гидролизе крахмала, прежде чем появится глюкоза, образуется много промежуточных веществ, молекулы которых мельче молекул крахмала, но еще крупнее молекул глюкозы. Это так называемые декстрины. Почему не едят сырую картошку, а предварительно варят или жарят ее? Почему не питаются непосредственно мукой, а пекут из нее хлеб? Да потому, что при варке, жарении и печении крахмал уже начинает подвергаться гидролизу — из него образуются декстрины. А в нашем организме они быстрее и легче превращаются в глюкозу, чем сам крахмал. Декстрины клейки. Из них образуется твердая корочка на жареном картофеле или печеном хлебе. Их появлением объясняется и клейкость крахмального клейстера. Накрахмаленный воротничок под горячим утюгом становится твердым потому, что крахмал превращается в декстрины. Вернемся снова к нашей «химической лаборатории» — домашней кухне. Чтобы испечь хлеб или пирог, муку смешивают с водой, добавляют дрожжи и сильно месят. После этого тесто ставят в теплое место и дают ему «подойти». Понаблюдайте за ним в это время. Тесто понемногу поднимается, на нем лопаются какие-то пузырьки. Поднесите к тесту горящую спичку. Она гаснет, как в углекислом газе. Да это и есть углекислый газ. В тесте под влиянием фермента дрожжей идет брожение. В нем накапливается углекислый газ, который поднимает тесто и даже выходит наружу. От этого хлеб при печении становится пористым. Такой хлеб лучше переваривается в организме. Но ведь при брожении образуется спирт. Вы сможете обнаружить и его. Понюхайте поднявшееся и уже перестоявшее тесто: оно пахнет спиртом. К углеводам, которые идут нам в пищу, кроме крахмала и глюкозы, относится еще сахароза, или свекловичный сахар. Сахар сначала был найден в соке сахарного тростника, и Европа долго не знала его, так как тростник произрастал только в тропических странах. Но вот в XVIII в. сахар был найден в свекле. Казалось бы, чего проще: потереть свеклу, выжать сок, выпарить его — и сахар готов. Но он еще долго не давался в руки химикам. Сколько было неудач, прежде чем начали работать заводы по извлечению сахара из сахарной свеклы! Сейчас эти заводы вырабатывают во всех странах миллионы тонн сахара ежегодно. Сахар не только лакомство, он очень питателен. Молекула его несложна — С12Н22O11. В организме человека она разлагается на молекулу глюкозы и молекулу фруктозы:
С12Н22О11+ Н2О =С6Н12О6 + С6Н12О6. Сахароза глюкоза фруктоза
Глюкоза и фруктоза имеют одинаковые формулы, но отличаются друг от друга строением молекул. Дальнейшие превращения глюкозы в организме нам известны. Такова судьба и фруктозы. Если вас спросить, что слаще — мед или сахар, вы, вероятно, назовете мед. А знаете, почему он слаще сахара? Мед — это смесь глюкозы и фруктозы, а фруктоза слаще сахара. Углеводы на наш стол поставляет природа. Зеленый лист растения — вот та замечательная фабрика, которая изготовляет их. На него падает световой луч. За счет световой энергии между водой, поступающей в лист из земли, и углекислым газом, поглощаемым из воздуха, происходит химическая реакция: 6С02+5Н2O=С6Н10О5+6O2. Образуются крахмал и кислород. Вот куда идет углекислый газ, усваиваемый растениями, и вот откуда берется кислород, выделяемый растением в атмосферу. Углекислого газа и воды вокруг нас много. Не попытаться ли искусственно приготовить углеводы для нашей пищи? Образование углеводов в листе идет под действием особого катализатора — зеленого хлорофилла, который как бы ловит световой луч и его энергию обращает в химическую. Однако в лаборатории этот синтез так просто не идет. Все же нашему знаменитому химику А. М. Бутлерову удалось (правда, другим путем) искусственно получить сахаристое вещество. Крахмал вне зеленого листа пока не получили, но нет сомнения, что и такую задачу ученые смогут решить. И тогда реакция углекислого газа с водой в лаборатории, а затем и на заводе будет давать углеводы к нашему столу. Теперь о жирах. Их известно много. Одни из них твердые; это преимущественно жиры животные — баранье и свиное сало, коровье масло. Другие — жидкие; это в основном растительные масла. Они содержатся в семенах конопли, льна, подсолнечника и т. д. Молекулы жиров, как и молекулы углеводов, состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. При гидролизе они распадаются на молекулы глицерина и «жирных кислот». Стеарин, из которого когда-то делали свечи,— это и есть смесь «жирных кислот». Переваривание жиров в организме начинается лишь при выходе пищи из желудка в тонкие кишки, так как ни слюна, ни желудочный сок на них не действуют. Под действием фермента тонких кишок — липазы — жиры разлагаются водой на глицерин и кислоты, которые и всасываются через стенки кишечника; затем из этих веществ в организме снова образуются жиры. При окислении жиров в тканях выделяется больше теплоты, чем при окислении углеводов. Таким образом, жиры более калорийное «топливо» для нас. Углеводы и жиры могут частично заменять друг друга в пище. На севере, где скудна растительность и низка температура, человек потребляет преимущественно жирную пищу, а на юге, богатом растительностью, где организму не приходится тратить столько тепла, человек больше питается овощами и фруктами.
Твердые животные жиры в большом количестве используются в мыловарении. Откуда же взять столько жиров? Решить эту задачу помогла химия. Химики превращают жидкие растительные жиры в твердые. Оказалось, что если в жидком растительном масле размешать мелкий порошок металла никеля, а затем пропускать при нагревании водород, то водород присоединяется к маслу и образуется твердый жир. Никель служит катализатором этой реакции гидрогенизации. Одни сорта гидрогенизированного жира используются в производстве мыла, другие — для получения маргарина. Сейчас мыло все больше готовят из синтетических веществ, и в скором времени жиры уже не будут расходоваться на непищевые цели. Маргарин готовят, сильно перемешивая смесь животных и гидрогенизированных жиров с молоком. Для большей полноценности к нему добавляют витамины. Он очень хорошо усваивается организмом и по питательности не уступает обычным жирам. Белки — очень сложные органические вещества. В состав их молекул, кроме атомов углерода, водорода и кислорода, входят еще атомы азота и других элементов. Так как белки входят в состав всех живых клеток, то мы неизбежно употребляем их в пищу, питаемся ли мы растительной или животной пищей. Однако главными «поставщиками» белков для нас служат мясо, рыба, яйца, хлеб. Белков в этих продуктах примерно: 21 % (в мясе), 18% (в рыбе), 13% (в сухом хлебе). Белки — это прежде всего «строительный материал» тканей организма. Один ученый сказал, что клеточки организма — это печки, построенные из белка, в которых горят жиры и углеводы. Но и белки тоже подвергаются изменениям в нашем организме. Они как бы «изнашиваются», сгорают и требуют замены. Беспрерывное обновление клеток организма идет за счет белков пищи. Белки невозможно заменить углеводами или жирами, как те заменяют друг друга. При отсутствии их в пище человек начинает худеть, так как расход их перестает восполняться. При длительном белковом голодании может наступить полное истощение и смерть. Сложные молекулы белков под действием ферментов — пепсина и трипсина — в пищеварительном тракте подвергаются гидролизу. Получаются более простые вещества —аминокислоты. Они всасываются в кровь, и из них уже организм строит свои собственные белки. Посмотрим теперь, что же происходит с белками в нашей кухонной лаборатории. Белок яйца на сковороде свернулся, но он, конечно, сохранил свои питательные свойства. Свернувшиеся белки мяса мы наблюдаем в виде хлопьев на поверхности супа. Чтобы суп имел более красивый вид, хозяйки удаляют их. Но следует ли это делать, ведь с белковыми хлопьями суп будет питательней. Если дома при варке супа хотят иметь вкусное мясо, посоветуйте опускать его в кипящую, а не в холодную воду. Белки мяса при этом свернутся и закроют выход из мяса в суп другим белкам и вкусовым веществам. Мясо станет вкусным, но бульон будет не особенно приятным. Наоборот, если хотят получить наваристый бульон, то мясо следует опускать в холодную воду. Белки и вкусовые вещества мяса при этом будут переходить в бульон, и суп будет вкусным. Знание свойств белков объяснит нам еще одно явление. Когда речь шла о выпечке хлеба, не возник ли у вас вопрос: «Почему хлеб остается пористым даже после того, как углекислый газ улетучился из него?» Возьмите немного муки, заверните в реденькую тряпочку и отмойте крахмал. На тряпочке останется белок — клейковина. Он недаром так назван, вы даже на ощупь можете убедиться в его клейкости. Теперь уже ответ ясен: клейковина образует вокруг пузырьков углекислого газа прочную пленочку, которая остается и после того, как углекислый газ вырвется наружу.
Есть простой способ распознавания белковых веществ по их запаху при горении. Но мы познакомимся с более совершенным химическим способом. Разбавьте белок куриного яйца водой, добавьте раствор щелочи, затем несколько капель раствора медного купороса и слегка нагрейте. Появляется фиолетовая окраска. Теперь, зная эту реакцию, пускайтесь с нею в исследования по вашей «лаборатории». Прокипятите кусочек мяса или возьмите немного супу и испытайте его при помощи щелочи и медного купороса. Испытайте клейковину, кусочек рыбы. Покипятите со щелочью шерсть или волосы и проверьте, дадут ли они фиолетовое окрашивание. Или другой способ. Прибавьте к разбавленному водой белку несколько капель концентрированной азотной кислоты, и вы заметите белый постепенно желтеющий осадок. Желтые пятна на руках у тех, кто неаккуратно обращается с азотной кислотой,— результат реакции кислоты с белками кожного покрова. В заключение нашей экскурсии по домашней лаборатории займемся исследованием молока. Это — замечательное сочетание всех необходимых для питания человека веществ, о которых мы только что говорили. Недаром только одним молоком матери питается начинающий жизнь ребенок. В каждых 100 г молока содержится примерно по 4 г углеводов и жиров и 5 г белков; есть в нем и витамины.
Когда молоко долго стоит, оно покрывается слоем сливок. Это всплывают наверх мельчайшие капельки жира. С виду сливки как будто не похожи на жир. Но если их сбить, то получится сливочное масло. Снимите сливки с молока ложечкой. Добавьте к снятому молоку несколько капель уксуса. На ваших глазах произойдет створаживание молока. Это свертывается белок — казеин. Отделите творожную массу от сыворотки и проделайте с белком ту или иную известную вам цветную реакцию. Сыворотка представляет собой раствор в воде углевода — молочного сахара — и некоторого количества солей. Молочный сахар очень похож на обычный и легко усваивается молодым организмом. Именно молочный сахар, а не крахмал представляет здесь класс углеводов. Скисание молока часто происходит без добавки уксуса, под действием образующейся в самом молоке кислоты. В воздухе всегда носятся так называемые молочнокислые бактерии. Попадая в молоко, эти бактерии вызывают брожение молочного сахара. При этом образуется молочная кислота, под действием которой и свертывается казеин. Если молоко долго стояло и вы боитесь, что оно может свернуться при кипячении, добавьте в него немножко питьевой соды. Она нейтрализует кислоту, и молоко можно безбоязненно кипятить. Теперь, когда вы сядете за обед или завтрак, можете о многом поразмыслить. Подумайте, из чего приготовлено каждое ваше блюдо, и представьте себе всю цепь химических превращений потребляемых вами веществ. |
ПОИСК
Block title
|