الكيمياء والمواد الغذائية واستخداماتها، كيمياء الأغذية هي فرع الكيمياء، الذي يتعامل مع الكيمياء وراء الطبيعة البيوكيميائية للأغذية وخصائصها وكيفية معالجتها في الجسم.
ويتضمن دراسة المكونات الكيميائية من البروتينات إلى الكربوهيدرات، وأكثر من ذلك، لذا، تابعوا موقع مقال للتعرف على الكيمياء والمواد الغذائية واستخداماتها.
كيمياء الأغذية
كيمياء الأغذية هي دراسة العمليات الكيميائية وتفاعلات جميع المكونات البيولوجية، وغير البيولوجية للأغذية.
كما تشمل المواد البيولوجية عناصر، مثل اللحوم والدواجن والخس والحليب كأمثلة.
وهي تشبه الكيمياء الحيوية في مكوناتها الرئيسية مثل الكربوهيدرات، والدهون والبروتين.
ولكنها تشمل أيضًا مجالات مثل الماء والفيتامينات والمعادن، والإنزيمات والمضافات الغذائية، والنكهات والألوان.
يشمل هذا النظام كيفية تغيير المنتجات في ظل تقنيات معالجة طعام معينة، وطرق إما لتعزيزها أو منعها من الحدوث.
ومن الأمثلة على تعزيز العملية تشجيع تخمير منتجات الألبان بالكائنات الدقيقة، التي تحول اللاكتوز إلى حمض اللاكتيك.
مثال على منع هذه العملية هو إيقاف التحمير على سطح التفاح الطازج، باستخدام عصير الليمون أو أي ماء حامض آخر.
شاهد أيضًا: أبرز الحكم والأقوال للعلماء عن الكيمياء
نبذة تاريخية عن كيمياء الأغذية
نشأ المنهج العلمي للغذاء والتغذية مع الاهتمام بالكيمياء الزراعية في أعمال J.G Wallerius وHumphry Davy وآخرين.
على سبيل المثال، نشر Davy عناصر الكيمياء الزراعية، في دورة محاضرات، لمجلس الزراعة (1813م) في المملكة المتحدة.
والتي من شأنها أن تكون بمثابة أساس للمهنة في جميع أنحاء العالم، والذهاب إلى الطبعة الخامسة.
وتضمنت الأعمال السابقة ذلك من قبل كارل فيلهلم شيل، الذي عزل حمض الماليك من التفاح في عام 1785م.
تمت ترجمة ونشر بعض النتائج التي توصل إليها Liebig حول كيمياء الطعام بواسطة Eben Horsford في لوويل، ماساتشوستس، في عام 1848م.
وفي عام 1874م تم تشكيل جمعية المحللين العموميين، بهدف تطبيق الأساليب التحليلية لصالح الجمهور.
والتي استندت تجاربها الأولى إلى الخبز والحليب والنبيذ، كما كان أيضًا من منطلق الاهتمام، بجودة الإمدادات الغذائية، وخاصة قضايا غش الطعام والتلوث.
كما سيؤدي تطوير الكليات والجامعات في جميع أنحاء العالم، إلى توسيع كيمياء الأغذية، بالإضافة إلى البحث في المواد الغذائية.
وعلى الأخص تجربة الحبوب المفردة خلال 1907م-1111م، من شأن البحث الإضافي الذي أجراه هارفي دبليو وايلي في وزارة الزراعة الأمريكية.
فمن خلال أواخر القرن التاسع عشر أن يلعب دورًا رئيسيًا في إنشاء إدارة الغذاء، والدواء بالولايات المتحدة في عام 1906م.
وأنشأت الجمعية الكيميائية الأمريكية قسم الكيمياء الزراعية والغذائية، وفي عام 1908م، بينما أنشأ معهد تقنيي الأغذية قسم كيمياء الأغذية في عام 1995م.
غالبًا ما يتم استخلاص مفاهيم كيمياء الأغذية من الريولوجيا، ونظريات ظواهر النقل، والديناميكا الحرارية الفيزيائية والكيميائية.
والروابط الكيميائية وقوى التفاعل وميكانيكا الكم وحركية التفاعل، وعلم البوليمرات الحيوية، والتفاعلات الغروية.
وتحولات الزجاج والمواد الصلبة المتجمدة / المضطربة أو غير البلورية، وبالتالي فإن الكيمياء الفيزيائية للأغذية هي منطقة الأساس.
الماء في النظم الغذائية
يعد الماء أحد المكونات الرئيسية للغذاء، والذي يمكن أن يشمل في أي مكان من 50٪ في منتجات اللحوم إلى 95٪، في منتجات الخس والملفوف والطماطم.
كما إنه أيضًا مكان ممتاز لنمو البكتيريا وتلف الطعام إذا لم تتم معالجته بشكل صحيح، وإحدى الطرق التي يتم بها قياس ذلك في الطعام.
فهي النشاط المائي الذي يعد مهمًا جدًا في العمر الافتراضي، للعديد من الأطعمة أثناء المعالجة.
أحد مفاتيح حفظ الطعام في معظم الحالات هو تقليل كمية الماء أو تغيير خصائص الماء، لتحسين العمر الافتراضي.
وتتضمن هذه الطرق التجفيف والتجميد والتبريد، كما يشمل هذا المجال “المبادئ الفيزيوكيميائية للتفاعلات، والتحويلات التي تحدث أثناء تصنيع الأطعمة، ومناولتها وتخزينها”.
الكربوهيدرات في النظم الغذائية
يشكل السكروز 75٪ من العالم البيولوجي و80٪ من إجمالي المدخول الغذائي للاستهلاك البشري، وهو السكروز [بحاجة لمصدر].
وأبسط نسخة من الكربوهيدرات هو السكر الأحادي الذي يحتوي على الكربون، والهيدروجين والأكسجين بنسبة 1: 2: 1 بموجب الصيغة العامة لـ CnH2nOn، حيث n هي 3 على الأقل.
والجلوكوز هو مثال على السكر الأحادي مثل الفركتوز، عند دمجها بالطريقة التي تصورها الصورة أدناه.
كما يتم تكوين السكروز، وهو أحد منتجات السكر الأكثر شيوعًا الموجودة في النباتات.
أيضًا تتشكل سلسلة من السكريات الأحادية لصنع السكريات المتعددة، وتشمل هذه السكريات البكتين، ديكستران، أجار، وزانثان، ويقاس محتوى السكر، عادة بدرجات بركس (Brix).
الدهون في النظم الغذائية
يشتمل مصطلح الدهون على مجموعة متنوعة من الجزيئات، وإلى حد ما هو جامع للمركبات غير القابلة، للذوبان في الماء نسبيًا أو غير القطبية من أصل بيولوجي.
بما في ذلك الشموع والأحماض الدهنية (بما في ذلك الأحماض الدهنية الأساسية) والفوسفوليبيدات المشتقة من الأحماض الدهنية.
وكذلك أيضًا الدهون السفينجوليبيد والجلايكوليبيدات التربينويدات، مثل الرتينويدات والمنشطات.
بعض الدهون عبارة عن جزيئات أليفاتية خطية، في حين أن البعض الآخر له هياكل حلقية، كما أن بعضها عطري.
والبعض الآخر ليس كذلك وبعضها مرن، والبعض الآخر جامد، معظم الدهون لها بعض السمات القطبية.
بالإضافة إلى كونها غير قطبية إلى حد كبير بشكل عام، الجزء الأكبر من هيكلها غير قطبي أو كاره للماء (“يخشى الماء”).
مما يعني أنه لا يتفاعل بشكل جيد مع المذيبات القطبية مثل الماء، وجزء آخر من بنيتها هو قطبي أو ماء (“محب للماء”).
وسوف يميل إلى الارتباط بالمذيبات القطبية مثل الماء، وهذا يجعلها جزيئات برمائية (تحتوي على أجزاء كارهة للماء، ومحبة للماء).
وفي حالة الكوليسترول، تكون المجموعة القطبية مجرد OH (هيدروكسيل أو كحول).
تابع أيضًا: ما هي تقنية النانو في الكيمياء ؟
بروتينات الطعام في النظم الغذائية
تشكل البروتينات أكثر من 50٪ من الوزن الجاف لخلية حية متوسطة [بحاجة لمصدر]، وهي جزيئات كبيرة معقدة للغاية، كما أنها تلعب دورًا أساسيًا في بنية ووظيفة الخلايا.
وتتكون بشكل أساسي من الكربون والنيتروجين والهيدروجين والأكسجين، وبعض الكبريت، وقد تحتوي أيضًا على الحديد أو النحاس أو الفوسفور أو الزنك.
البروتينات ضرورية للنمو والبقاء في الغذاء، وتختلف المتطلبات، باختلاف عمر الشخص، وعلم وظائف الأعضاء (مثل الحمل).
وعادًة ما يتم الحصول على البروتين من مصادر حيوانية: البيض والحليب واللحوم، وتوفر المكسرات والحبوب والبقوليات مصادر نباتية للبروتين.
ويستخدم مزيج البروتين من مصادر الخضروات، لتحقيق حصص غذائية كاملة من البروتين من الخضروات.
تم الكشف عن حساسية البروتين، مثل حساسية الطعام باستخدام اختبار ELISA.
الإنزيمات في النظم الغذائية
الإنزيمات عبارة عن محفزات كيميائية حيوية تستخدم في تحويل العمليات من مادة إلى أخرى، كما أنهم يشاركون في تقليل مقدار الوقت والطاقة اللازمين، لإكمال عملية كيميائية.
وتستخدم العديد من جوانب صناعة الأغذية المحفزات، بما في ذلك الخبز والتخمير، ومنتجات الألبان، وعصائر الفاكهة لصنع الجبن والبيرة، والخبز.
الفيتامينات في النظم الغذائية
الفيتامينات هي عناصر غذائية مطلوبة بكميات صغيرة لتفاعلات التمثيل الغذائي الأساسية في الجسم.
أيضًا يتم تقسيمها في التغذية على أنها إما قابلة للذوبان في الماء (فيتامين ج)، أو قابلة للذوبان في الدهون (فيتامين هـ).
ويمكن أن يمنع الإمداد الكافي من الفيتامينات أمراضًا، مثل البري بري وفقر الدم والاسقربوط.
في حين أن جرعة زائدة من الفيتامينات، يمكن أن تسبب الغثيان والقيء أو حتى الموت.
المعادن في النظم الغذائية
المعادن الغذائية في الأطعمة كبيرة ومتنوعة، والعديد منها مطلوب للعمل بينما العناصر النزرة الأخرى، يمكن أن تكون خطرة إذا استهلكت بكميات زائدة.
والمعادن السائبة ذات المدخول اليومي المرجعي (RDI، البدل اليومي الموصي به سابقًا)، التي تزيد عن 200 ملغ / يوم هي الكالسيوم والمغنيسيوم، والبوتاسيوم.
بينما المعادن النزرة المهمة (RDI أقل من 200 ملغ / يوم) هي النحاس والحديد، والزنك، وتوجد هذه في العديد من الأطعمة.
المضافات الغذائية
المضافات الغذائية هي مواد تضاف إلى الطعام للحفاظ على النكهات، أو تحسين الطعم أو المظهر، هذه العمليات قديمة.
مثل إضافة الخل للتخليل أو كمستحلب لخلطات المستحلب مثل المايونيز، ويتم سردها بشكل عام بواسطة “رقم E” في الاتحاد الأوروبي.
أيضًا في GRAS (“معترف بها عمومًا على أنها آمنة”)، من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية.
اخترنا لك: موضوع عن أول عنصر في الجدول الدوري في الكيمياء
