Εισαγωγή στην επιστήμη και τεχνολογία τροφίμων Τα τρόφιμα αποτελούνται από βιοχημικά συστατικά τα οποία προέρχονται από φυτικές ή ζωικές πρώτες ύλες. Τα συστατικά που περιέχουν τα τρόφιμα είναι κυρίως θρεπτικά χρήσιμα για τη διατροφή του ανθρώπου, ενδέχεται όμως να υπάρχουν σε αυτά και τοξικά συστατικά. Προκειμένου να καταναλωθούν υφίστανται επεξεργασία (processing) για συντήρηση, βελτίωση της ποιότητας, και επέκταση του χρόνου ζωής τους.

Τα συστατικά των τροφίμων (food components) ανήκουν σε τρεις κύριες ομάδες: τις πρωτεΐνες, τους υδατάνθρακες και τα λίπη και παράγωγά τους. Επιπλέον στα τρόφιμα υπάρχουν σε μικρές αναλογίες και άλλα συστατικά ανόργανα και μέταλλα καθώς και ομάδες οργανικών συστατικών, όπως βιταμίνες, ένζυμα, χρωστικές, αρωματικές ουσίες και νερό.

Η σύσταση και ο τρόπος με τον οποίο οργανώνονται προσδίδουν σε κάθε τρόφιμο τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του: δομή, υφή, χρώμα, άρωμα και τη θρεπτική τους αξία. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας των τροφίμων μπορεί να προστίθενται σε αυτά διάφορα συστατικά (φυσικά ή συνθετικά) με σκοπό τη βελτίωση της ποιότητας, της θρεπτικότητας, των ιδιοτήτων ή της διατηρησιμότητάς τους (π.χ. γαλακτωματοποιητές, συντηρητικά, αντιοξειδωτικά, βιταμίνες, αρώματα κτλ.). Η γνώση της χημείας και των ιδιοτήτων των συστατικών των τροφίμων είναι απαραίτητη για την Επιστήμη των τροφίμων.

Τα συστατικά των τροφίμων έχουν θρεπτική αξία (nutritional value) και διαθέτουν λειτουργικές ιδιότητες (functional properties) - φυσικοχημικές ιδιότητες που εξυπηρετούν τη χρήση τους σε εφαρμογές στην τεχνολογία των τροφίμων. Για αυτό το λόγο τα θρεπτικά συστατικά απομονώνονται από πηγές τροφίμων (τρόφιμα ή παραπροϊόντα επεξεργασίας τροφίμων) και χρησιμοποιούνται για την παρασκευή διαφόρων προϊόντων τροφίμων (processed food products). Τα συστατικά τροφίμων (food ingredients) μπορεί να είναι επομένως της ίδιας χημικής φύσης με τα περιεχόμενα στις πρώτες ύλες τροφίμων, ενώ διάφορα νέα συστατικά έχουν γίνει αποδεκτά για τη χρήση τους σε τρόφιμα και έχουν εισαχθεί στη διατροφή.

ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ - ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Τα τρόφιμα είναι πολύπλοκα συστήματα - μίγματα χημικών συστατικών τα οποία είναι απαραίτητα στον ανθρώπινο οργανισμό - εξυπηρετούν ως θρεπτικά είτε βοηθώντας στην ανάπτυξη του οργανισμού και τη διατήρηση της κατάστασης υγείας του, είτε προμηθεύοντας την απαιτούμενη ενέργεια για τις λειτουργίες του ανθρώπινου σώματος ή τέλος παρέχοντας δομικά συστατικά του σώματος ή προϊόντα απαραίτητα για το μεταβολισμό.

Τα βασικά θρεπτικά συστατικά των τροφίμων είναι πρωτεΐνες, λίπη ή λιπίδια και υδατάνθρακες (σάκχαρα και πολυσακχαρίτες) που ονομάζονται μακροθρεπτικά και οι βιταμίνες, ανόργανα στοιχεία, ένζυμα κ.α. που ονομάζονται μικροθρεπτικά συστατικά. Τα μακροθρεπτικά συστατικά βρίσκονται σε μεγαλύτερες ποσότητες στα τρόφιμα της τάξης των (g) ενώ τα μικροθρεπτικά συστατικά σε μικρότερες ποσότητες της τάξης των (mg ή μg). Και οι δύο κατηγορίες συστατικών, μακρο- και μικρο- θρεπτικά συστατικά, είναι απαραίτητα για τη διατροφή του ανθρώπου.

Κύρια θρεπτικά συστατικά των τυπικών τροφίμων Νερό Σακχαρίτες Πρωτεΐνες Λίπη Ανόργανα στοιχεία Βιταμίνες

Οι υδατάνθρακες (σακχαρίτες), τα λίπη και οι πρωτεΐνες εμπλέκονται σε διαφορετικές δομές στους φυτικούς και ζωικούς ιστούς των τροφίμων. Οι δομές που κατασκευάζονται από τα συστατικά αυτά είναι υπεύθυνες για τη μορφή και την αντοχή των ιστών ή δημιουργούν τις αναγκαίες συνθήκες για τις συντελούμενες στα τρόφιμα μεταβολικές δράσεις.

Η αποικοδόμηση των συστατικών παίζει σημαντικό βιολογικό ρόλο στους οργανισμούς, μερικά από τα συστατικά λειτουργούν ως αποθηκευτικά θρεπτικά συστατικά (άμυλο, γλυκογόνο). Άλλα επίσης συστατικά είναι συνδεδεμένα σε διαφορετικές κυτταρικές δομές ή κατανέμονται σε διαλυμένη μορφή στα υγρά των ιστών των τροφίμων

Το περιεχόμενο νερό των διαφόρων τροφίμων κυμαίνεται από μικρά ποσοστά σε αφυδατωμένα τρόφιμα έως μεγάλα ποσοστά σε ορισμένα τρόφιμα όπως κρέας ή φρούτα. Περιεκτικότητα νερού τροφίμων σκόνη γάλακτος: 6-8%, σπόροι: 15%, βούτυρο: 16-18%, μέλι: 20%, ψωμί: 35%, μανιόκα: 65%, κρέας; 75%, φρούτα και λαχανικά: 90%

Το νερό ακινητοποιείται στους φυτικούς και ζωικούς ιστούς από τα δομικά στοιχεία και διάφορους διαλύτες, συνεισφέρει στο στήριξη των διαμορφώσεων των πολυμερών και αλληλεπιδρά σε μεταβολικές δράσεις. Οι υδατάνθρακες (σακχαρίτες), τα λίπη και οι πρωτεΐνες εμπλέκονται σε διαφορετικές δομές στους φυτικούς και ζωικούς ιστούς των τροφίμων. Οι δομές που κατασκευάζονται από τα συστατικά αυτά είναι υπεύθυνες για τη μορφή και την αντοχή των ιστών ή δημιουργούν τις αναγκαίες συνθήκες για τις συντελούμενες στα τρόφιμα μεταβολικές δράσεις.

Η αποικοδόμηση των συστατικών παίζει σημαντικό βιολογικό ρόλο στους οργανισμούς, μερικά από τα συστατικά λειτουργούν ως αποθηκευτικά θρεπτικά συστατικά (άμυλο, γλυκογόνο). Άλλα επίσης συστατικά είναι συνδεδεμένα σε διαφορετικές κυτταρικές δομές ή κατανέμονται σε διαλυμένη μορφή στα υγρά των ιστών των τροφίμων.

Οι υδατάνθρακες (σακχαρίτες) υπάρχουν στις πρώτες ύλες τροφίμων σε κυμαινόμενες περιεκτικότητες. Περιεκτικότητα υδατανθράκων τροφίμων κρέας και ψάρι: 1%, γάλα: 4.5%, πατάτες: 18%, σακχαρότευτλα: 15-20%, σπόροι σιτηρών: 70% .

Οι πολυσακχαρίτες λαμβάνουν μέρος στο σχηματισμό της δομής των φυτών, αποθηκεύονται στα φυτά ως άμυλο και στα ζώα ως γλυκογόνο. Άλλοι σακχαρίτες διαλύονται στα υγρά των ιστών ή εκτελούν διάφορες βιολογικές δράσεις, ή βρίσκονται σε ελεύθερα νουκλεοτίδια ως συστατικά των νουκλεϊκών οξέων ή συνδεδεμένα με πρωτεΐνες ή λιπαρά

Οι πρωτεΐνες βρίσκονται σε διάφορες περιεκτικότητες στα τρόφιμα. Το πρωτεϊνικό περιεχόμενο δίνεται συνήθως ως ακατέργαστη πρωτεΐνη (Νx6.25, υποθέτοντας ότι η μέση περιεκτικότητα των πρωτεϊνών σε Ν είναι 16%). Περιεκτικότητα πρωτεϊνών τροφίμων φρούτα: 1%, πατάτες: 2%, γάλα: 3,2%, αυγά: 12%, σπόρος σίτου: 12-22%, κρέας: 20%, σπόροι οσπρίων: 25-40%

Οι πρωτεΐνες εξυπηρετούν ως δομικά συστατικά των μυϊκών ιστών και άλλων ιστών στους φυτικούς και ζωικούς οργανισμού, παίζουν σημαντικούς μεταβολικούς ρόλους ως ένζυμα και αναστολείς ενζύμων, λαμβάνουν μέρος στη μεταφορά του οξυγόνου και των μεταλλοκατιόντων και εκτελούν ανοσολογικές λειτουργίες. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των σπόρων σιτηρών και οσπρίων μεγάλες ποσότητες αυτών αποτίθενται σε κόκκους γνωστές ως αποθεματικές (σωματικές) πρωτεΐνες, π.χ. στη σόγια αυτές οι πρωτεΐνες συνιστούν το 60-70% και οι κόκκοι κατά 80% αποτελούνται από πρωτεΐνες.

Τα λίπη ή λιπίδια απαντώνται ως επί το πλείστον σε λίπη, έλαια ή λιπαρά τρόφιμα, ενώ σε άλλα τρόφιμα αποτελούν λιγότερο από 1% του βάρους τους. Περιεκτικότητα λιπών τροφίμων φρούτα: <1%, λαχανικά, ψάρια: 3.5%, γάλα: 3,5%, κρέας βοδινό: 6%, αυγά: 32%, βούτυρο: 85%

Τα λίπη που περιέχονται σε μικρές περιεκτικότητες στις πρώτες ύλες τροφίμων εξυπηρετούν κυρίως ως συστατικά των μεμβρανών των πρωτεϊνών-φωσφολιπιδίων και εκτελούν μεταβολικές λειτουργίες. Στα περισσότερα τρόφιμα τα αποθηκευμένα λιπαρά βρίσκονται κυρίως σε μορφή τριακυλογλυκερολών, τα μικρότερα κλάσματα αυτών αποτελούν άλλα συστατικά όπως στερόλες, υδρογονάνθρακες, βιταμίνες και χρωστικές τα οποία είναι σημαντικά για το μεταβολισμό.

Η σύσταση των διαφόρων πρώτων υλών τροφίμων εξαρτάται από το είδος, την ποικιλία στα ζωικά και φυτικά τρόφιμα, από τις συνθήκες καλλιέργειας και συλλογής των φυτικών υλών, από τη διατροφή και την ηλικία των ζώων ή την εποχή αλίευσης των ιχθηρών, και τις μεταβολές που λαμβάνουν χώρα μετά τη συγκομιδή/συλλογή κατά την αποθήκευση. Η βιομηχανία τροφίμων καθορίζει προδιαγραφές ποιότητας για τις πρώτες ύλες και διενεργεί ελέγχους κατά την παραλαβή τους με σκοπό να διαπιστώσει εάν η σύσταση των πρώτων υλών για τα βασικά συστατικά βρίσκεται εντός των επιθυμητών ορίων.

Στη σύσταση των πρώτων υλών εμπεριέχονται επιθυμητά συστατικά (βασικά θρεπτικά και άλλα όπως αντιοξειδωτικά κτλ.), ενδέχεται όμως να υπάρχουν και ουσίες προερχόμενες από μολύνσεις (φυτοφάρμακα, λιπάσματα κ.α.). Η σύσταση των επεξεργασμένων τροφίμων εξαρτάται από τη «συνταγή» και τις μεταβολές που συμβαίνουν κατά την επεξεργασία, συντήρηση και αποθήκευσή τους.

Η ποιότητα των τροφίμων, οι χαρακτηριστικές ιδιότητες που προσδιορίζουν το βαθμό αποδοχής του καταναλωτή, είναι το σύνολο των χαρακτηριστικών που συνεισφέρουν στην ικανοποίηση του πελάτη από το προϊόν. Η σύσταση και η χημική φύση των συστατικών των τροφίμων επηρεάζουν όλα τα χαρακτηριστικά ποιότητας.

Η χημική φύση των συστατικών των τροφίμων έχει καθοριστική σημασία για όλα τα χαρακτηριστικά ποιότητας αυτών. Είναι καθοριστική για τη θρεπτικότητα των τροφίμων, την οργανοληπτική αρεστότητα, την ανάπτυξη των επιθυμητών χαρακτηριστικών ή των ανεπιθύμητων αλλοιώσεων από αλληλεπιδράσεις με άλλα συστατικά ή κατά την επεξεργασία και την ευπάθεια σε αλλοίωση κατά την αποθήκευση.

Η ασφάλεια των τροφίμων, η κατάσταση αυτών κατά την οποία δεν περιέχουν επικίνδυνους μικροοργανισμούς ή επικίνδυνα συστατικά για την υγεία του καταναλωτή. Οι επικίνδυνοι παράγοντες (παθογόνοι μικροοργανισμοί, χημικά φυσικά ή μολυντές από περιβάλλον, συσκευασία ή ελλιπή υγιεινή και ξένα σώματα) αποκαλούνται κίνδυνοι των τροφίμων. Τέτοιοι κίνδυνοι μπορεί να ενυπάρχουν από τη φύση στα τρόφιμα ή να αναπτύσσονται κατά την αποθήκευση ή και την επεξεργασία των τροφίμων. Τα τρόφιμα που καταναλώνονται πρέπει να είναι ασφαλή, επομένως δεν πρέπει να περιέχουν κινδύνους σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από τα επιτρεπόμενα από τη νομοθεσία όρια.

Η οργανοληπτική ποιότητα των τροφίμων, όπως γίνεται αντιληπτή από τον καταναλωτή με τις αισθήσεις, είναι καθοριστικής σημασίας για την επιλογή και αποδεκτότητα του τροφίμου από τον καταναλωτή. Πολλές από τις επιθυμητές ιδιότητες των τροφίμων επηρεάζονται από τις ιδιότητες των πρώτων υλών, άλλες γεννώνται κατά την επεξεργασία των τροφίμων. Για να διατηρήσει ένα προϊόν τα ευχάριστα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά πρέπει η επεξεργασία του να γίνει στις βέλτιστες συνθήκες και να αποθηκευτεί στις συστηνόμενες καλύτερες συνθήκες.