ORGAANINEN KEMIA
Orgaaninen kemia tutkii hiiliyhdisteitä, joita on miljoonia perustuu hiilen kykyyn liittyä toisiin hiiliatomeihin ja muodostaa hiiliketjuja ja - renkaita hiilen lisäksi orgaaniset yhdisteet sisältävät harvoja alkuaineita, tärkeimmät niistä ovat happi ( O), vety (H), typpi ( N), rikki (S), fosfori (P) ja halogeenit orgaanisia yhdisteitä saadaan luonnosta, esim. kasveista tärkkelystä ja sokeria valmistetaan myös laboratorioissa ja teollisesti, esim. lääkkeitä ja muoveja biokemia tutkii elävissä organismeissa esiintyviä yhdisteitä, joista tärkeimmät ovat hiilihydraatit, rasvat ja proteiinit orgaaninen kemia perustuu hiilen kykyyn liittyä toisiin hiiliatomeihin ja muodostaa hiiliketjuja ja renkaita kahden hiiliatomin väliset sidokset voivat olla yksinkertaisia sidoksia, kaksois- tai kolmoissidoksia Tehtävä: Mitä ovat hiilivedyt?
Hiilihydraatit kasvi- ja eläinkunnan yleisempiä yhdisteitä hiilihydraatti-nimitys johtuu siitä, että yksinkertaisimmissa yhdisteissä on vetyä ja happea samassa suhteessa kuin vesimolekyylissä (2:1) rakentuvat hiilestä C, hapesta O ja vedystä H fotosynteesi (yhteyttäminen): CO 2 + H 2 O + auringonvalo -> sokeria ja O 2
Hiilihydraatit Sokerit Polysakkaridit Monosakkaridit Disakkaridit Tärkkelys Pektiini Glukoosi Sakkaroosi Glykogee ni Dekstriini Selluloosa Fruktoosi Maltoosi Galaktoosi Laktoosi
Monosakkaridit (yksi sokerimolekyyli) Glukoosi eli rypälesokeri yleisin luonnonsokeri hedelmissä, rypäleissä ja marjoissa osana sakkaroosia tärkkelyksen ja kuidun rakenneosa verensokerissa(ihmisellä) valmistetaan teollisesti tärkkelyksestä
Fruktoosi l. hedelmäsokeri makein sokeri hedelmissä, marjoissa ja kasviksissa osana sakkaroosia korostaa marjojen ja hedelmien aromia suositellaan diabeetikoille fruktoosileivonnaiset ruskistuvat herkästi > alempi paistamislämpötila Galaktoosi l. limasokeri ei esiinny vapaana luonnossa laktoosin aineosa
Disakkaridit (2 sokerimolekyyliä) Sakkaroosi l. ruokosokeri glukoosi + fruktoosi hedelmissä, marjoissa, ja kasviksissa sokerijuurikas 14-20 % makeuttaa, säilyttää, parantaa rakennetta ja muodostaa väriä Inverttisokeri = ( sakkaroosi hajoaa happojen ja entsyymien vaikutuksesta glukoosiksi ja fruktoosiksi) > ehkäisee sokerin kiteytymistä Maltoosi l. mallassokeri glukoosi + glukoosi syntyy tärkkelyksen hajotessa maltaissa, imelletyissä ruoissa, itävissä jyvissä ja siemenissä
Laktoosi l. maitosokeri glukoosi + galaktoosi eläinkunnan harvoja hiilihydraatteja lehmänmaidossa noin 4-5 % valmistetaan herasta kiteyttämällä (lastenruoat ja lääketeollisuus) laktaasientsyymi > hajottaa laktoosin glukoosiksi ja galaktoosiksi
Polysakkaridit satoja glukoosimolekyylejä ketjuna polysakkaridit ovat makromolekyylejä eli polymeerejä > satoja tai tuhansia monosakkarideja Tärkkelys rakentuu glukoosiyksiköistä kasvien siemenissä, juurissa ja mukuloissa (vilja ja peruna) ei liukene kylmään veteen kuumassa vedessä > turpoaa > saostaa happo hajottaa liisteröitymistä Dekstriini (tärkkelyksen hajoamistuote) leivän kuoren ruskea väri ja makeahko maku > paiston aikana syntyy dekstriiniä.
Selluloosa l. kuitu yleisin hiilihydraatti pitkä, haarautumaton glukoosiketju ei liukene veteen elimistö ei saa energiaa kuidusta > ei hajoa kuitu edistää suolen toimintaa Glykogeeni eli eläintärkkelys varastoitunutta glukoosia > lihaksissa ja maksassa maksan kypsennys matalassa lämpötilassa Pektiini kasvisolujen liima-aine raaoissa marjoissa ja hedelmissä hyytelöaine > omenista ja sitrushedelmistä
Sokerien makeutusarvot Sokerien makeus vaihtelee. Myös ympäristötekijät, kuten lämpötila ja happamuus vaikuttavat makeuden voimakkuuteen. sakkaroosi 100 fruktoosi 170 glukoosi 70 maltoosi 30 laktoosi 15 sakariini 50 000 aspartaami 20 000 syklamaatti 3000 ksylitoli 100 sorbitoli 60
Hiilihydraatit elintarvikkeissa ja ruoanvalmistuksessa Makeus Käymisreaktiot Energiasisältö Tilavuus Aromit Sokerilla on monia tehtäviä leivonnaisissa Rakenne Tuoreus Ruskistumin en paistettaessa Ruoan ja elintarvikkeiden valmistuksen kannalta tärkeitä hiilihydraatteja ovat sokerit ja tärkkelys. Pektiini on kasvisoluja sitova liima-aine.
Sokeri leivonnassa Pullataikinoissa auttaa hiivaa nostattamaan taikinat ja antaa kauniin paistovärin Kakuissa tekee kakuista ja kermavaahdosta kuohkeita ja säilyttää leivonnaiset mehevinä Leivonnaisissa ja jälkiruoissa antaa jäädykkeille, vaahdoille ja muille jälkiruoille herkullisen suuntuntuman erikoissokereilla saa uusia makuvivahteita hyytelösokeri loihtii kiiltoa ja näyttävyyttä
Hiilihydraatit ravintona Hiilihydraatit ihmisen hyvinvoinnin kannalta: +/- ylimääräinen hh varastoituu glykogeeniksi tai varastoituu rasvaksi, jota voidaan myöhemmin käyttää energiana - sokerit aiheuttavat hammasmätää eli kariesta - nopeasti imeytyvät hh aiheuttavat verensokerin vaihteluita + ravintokuitu edistää suolen toimintaa ja hidastaa sokerin ja kolesterolin imeytymistä + hh tarvitaan rasvojen hajoittamiseen + hh säästävät proteiineja elimistön tärkeisiin tehtäviin + elimistö saa hiilihydraateista energiaa, hh ovat ihmisen tärkein energianlähde, hh tarve on n. 5g/painokg
Rasvat rakentuvat hiilestä C, vedystä H ja hapesta O rasvat kuuluvat lipidien ryhmään, muita lipidejä ovat mm. terpeenit, esim. mäntyöljyn pineeni ja sitruunan limoneeni sekä steroidit, esim. testosteroni ja kolesteroli lipidit ovat veteen liukenemattomia, mutta liukenevat rasvaliuottimiin, kuten eetteriin, kloroformiin, heksaaniin ja asetoniin lipidit, jotka esiintyvät luonnossa yhdisteinä, ryhmitellään liukoisuutensa puolesta samaan ryhmään ovat glyserolin ja rasvahappojen estereitä, triglyseridejä, jotka syntyvät, kun glyseroli reagoi kolmen rasvahappomolekyylin kanssa Rasvojen rakenne
Rasvahapot ovat pitkäketjuisia karboksyylihappoja hiiliketjun pituus 4-24 hiiltä parillinen määrä hiiliatomeja vapaita rasvahappoja syntyy rasvojen hajotessa, elintarvikkeissa vapaat rasvahapot tuoksuvat ja maistuvat pahalta. Elintarviketeollisuudessa rasvojen ja öljyjen kuntoa tarkkaillaankin määrittämällä niistä vapaiden rasvahappojen määrä. sidokset joko tyydyttyneitä tai tyydyttymättömiä. Rasvojen sisältämät rasvahapot jaetaan kemiallisen rakenteensa perusteella tyydyttyneisiin, kertatyydyttämättömiin ja monityydyttämättömiin rasvahappoihin. Tehtävä: Mitä eroa on perusteella tyydyttyneillä, kertatyydyttämättömillä ja monityydyttämättömillä rasvahapoilla?
Rasvat elintarvikkeissa Elintarvikkeissa rasvat ovat tärkeitä rakenteen, maun ja valmistuksen kannalta. Ne helpottavat kypsentämistä estävät kiinnipalamista mureuttavat parantavat makua lisäävät leivonnaisten säilyvyyttä toimivat emulsion aineosana Ravintorasvat ovat yleensä monen eri rasvan seoksia. Niillä ei ole tarkkaa sulamispistettä seosrakenteesta johtuen. Mitä enemmän rasva sisältää tyydyttyneitä rasvahappoja, sitä kovempaa se on. Tyydyttymättömiä rasvahappoja voidaan hydrata eli niiden kaksoissidoksiin voidaan liittää vetyä. Tällä tavalla kasvirasvoja voidaan kovettaa.
Rasvat leivonnassa Lähes kaikki leivonnaiset sisältävät rasvaa. Leivonnassa käytettävät rasvat ovat plastisia ts. sitkeitä ja notkeita. Yleisimmät leivontarasvat ovat margariini ja voi. Leipomoissa käytetään lisäksi taikinaemulsioita, jotka sisältävät rasvan ohella mm. emulgaattoreita. Uppopaistossa käytetään kookos- tai eläinrasvoja, voi- ja kasviöljyjä. Leivonnaisissa rasvojen tehtävänä on: mureuttaa helpottaa taikinan valmistusta ja muotoilua lisätä tilavuutta parantaa rakennetta (lehtevyys, mureus) parantaa säilyvyyttä parantaa makua ja aromia Taikinan valmistuksessa rasva jakaantuu jauhohiukkasten ja sitkosäikeiden pinnoille ohuiksi voiteleviksi kalvoiksi -> sitkoverkosta ei muodostu liian lujaa, taikinasta tulee pehmeää ja leivonnaisesta mureaa.
Rasvat ihmisen hyvinvoinnin kannalta + - hyviä energian lähteitä, sisältävät ravintoaineista kaikkein eniten energiaa (38 kj/g) sisältävät välttämättömiä rasvahappoja ja rasvaliukoisia vitamiineja elimistön rasvakudokset suojaavat arkoja sisäelimiä ja toimivat lämmöneristeenä lihottavia altistavat monilla sairauksille, kuten sydän- ja verisuonitaudeille Voi, margariini, kasvisöljyt, rasvaiset liha-, kala-, maitokunnan tuotteet, pähkinät ja mantelit ovat hyviä rasvojen lähteitä.
Rasvojen pilaantuminen Rasvat pilaantuvat helposti jo huoneenlämpötilassa. Härskiintyessään ne joko hydrolysoituvat glyseroliksi ja rasvahapoiksi tai muuttuvat ketoneiksi ja aldehydeiksi ilman hapen tai bakteerien vaikutuksesta. Muodostuvat yhdisteet antavat härskiintyneelle rasvalle sen voimakaan hajun ja maun. Rasvojen pilaantumista pyritään estämään: lisäämällä rasvoihin hapettumisenestoaineita eli antioksidantteja pakkasvarastoinnilla tarkkailemalla lämpötiloja uppopaistossa suojaamalla valolta tyhjiö- ja suojakaasupakkauksilla hygieenisellä käsittelyllä tuhoamalla entsyymejä (kuumennuskäsittelyt esim. kaurahiutaleille) huuhtelemalla pesuaineet huolellisesti
Proteiinit l. valkuaisaineet Proteios (kreikkaa) = ensisijainen, tärkein rakentuvat C, H, O, N, S, ja F muodostuvat aminohapoista, joita tunnetaan yli 60 proteiinien rakenteissa niistä esiintyy n. 20, välttämättömiä aminohappoja on 9, ne on saatava valmiina ravinnossa aminohappoja muodostuu kasvi- ja eläinsoluissa aminohapoissa on karboksyyliryhmä COOH ja aminoryhmä N2 aminohapot sitoutuvat toisiinsa peptidisidoksilla proteiinien rakenne
Proteiinit elintarvikkeissa ovat tärkeitä rakenteen muodostajia vaikuttavat makuun ja väriin Vaikuttavat ruoan ravintoarvoon Denaturoituminen: proteiinin rakenteen palautuva tai palautumaton muuttuminen, jolloin sen biologiset ominaisuudet häviävät ja sen liukoisuus vähenee. Denaturoitumista saavat aikaa mm. happamuuden muutos, lämpö, säteily, orgaaniset liuottimet, entsyymit sekä voimakas mekaaninen sekoittaminen hyytyminen, saostaminen ja juoksettuminen lihan, kalan ja kanamunan kypsyminen entsyymien tuhoutuminen ryöpätessä Hydrolyysi: proteiinien peptidisidokset katkeavat proteiinit hajoavat ruoansulatuksessa lihan raakakypsyminen juuston voimakas maku Maillard-reaktio: ruskistuminen (proteiini + sokeri + lämpö)
Liha ja maito ruoanvalmistuksessa Lihan sitkeys johtuu sen sisältämän sidekudoksen proteiineista : kuumennettaessa kollageeni pehmenee ja paisuu ja muuttuu liukenevaksi gelatiiniksi (liivatteeksi) elastiini ei liukene Maito: maito kuohuu yli, koska proteiinit muodostavat kalvon kannen -> vesihöyry ei pääse pois maito palaa pohjaan, koska proteiinit saostuvat ja laskeutuvat pohjalle -> pohjaanpalaminen Hiivataikinoiden sitko: gluteniini ja gliadiini + vaivaus + kosteus
Proteiinityypit Proteiinit jaotellaan rakenteensa perusteella yksinkertaisiin ja yhdistyneisiin. Yksinkertaiset: (pelkkä ah-ketju) kollageeni > sidekudos: kalvot, jänteet, nahka, luut; liukenee keitettäessä veteen (liivate) elastiini > sidekudos: jänteet, nivelsiteet; ei liukene keitettäessä aktiini ja myosiini > lihassyiden proteiinit; lihasten supistuminen Yhdistyneet kaseiini > maidon tärkein proteiini; juuston valmistus myoglobiini > rautapitoinen; lihasten punainen väriaine hemoglobiini > rautapitoinen, hapenkuljettaja veressä albumiini > kanamuna, maito, veri, soluneste globuliinit > albumiinien seuralaisia sitkoproteiini > gliadiini ja gluteniini; vilja
Proteiinit ihmisen hyvinvoinnin kannalta Aikuisessa ihmisessä proteiinia on n. 15 % painosta: lihaksissa lähes puolet, luustossa viidesosa ja ihossa sekä rasvakudoksessa kymmenesosa. + Proteiinit ovat kehon rakennusaineita + Entsyymit ja proteiinirakenteiset hormonit huolehtivat aineenvaihdunnasta ja monista muista elimistön toiminnoista + Proteiinit osallistuvat hapen ja monien muiden aineiden kuljetukseen veressä + Lihasten supistuminen ja laajentuminen perustuu proteiinien toimintaan + Sidekudosproteiinit pitävät lihaksiston ja luuston koossa + Proteiinit pitävät elimistön ph:n tasaisena + Proteiinit lisäävät elimistön vastustuskykyä - Proteiinit voivat aiheuttaa allergioita - Varsinkin eläinproteiinien tuottaminen ravintoketjussa on tehotonta ja kallista - Munuaisvaivoista kärsivät joutuvat rajoittamaan niiden saantia
Entsyymit ovat luonnon katalyytteja, jotka ohjaavat ja nopeuttavat eliöissä tapahtuvia kemiallisia reaktioita ovat suuria valkuaismolekyylejä ovat spesifejä, toimivat kuten avain lukossa; jokaista reaktiota tai yhdistettä varten on oma entsyyminsä. usein entsyymien tehtävänä on hajottaa yhdisteitä aasi-pääte esim. laktaasi hajottaa laktoosia Esimerkkejä entsyymien tehtäväkentästä: ruoansulatus hedelmien tummuminen lihan raakakypsyminen hiivan toiminta pilaajabakteerien toiminta
Kertauskysymyksiä 1. Millä tavoin rasvat pilaantuvat? 2. Millä tavoin käsittelet uppopaistorasvaa, jotta se säilyisi mahdollisimman hyvälaatuisena? Perustele vastauksesi. 3. Miksi rasvakeitin on huuhdeltava erityisen huolellisesti? 4. Minkä rasvan valitset uppopaistoon / lehtitaikinaan / pullataikinaan? Perustele vastauksesi. 5. Mitä hiilihydraatteja on eläinkunnassa? 6. Miksi hedelmät ja marjat pehmenevät ja makeutuvat kypsyessään? 7. Miksi sokeri parantaa säilyvyyttä? 8. Miksi piimä on sakeampaa kuin maito? 9. Mitä valkuaisaineiden denaturoituminen tarkoittaa? 10. Miksi paistiliemi hyytyy jäähtyessään? 11. Mitä lihassa tapahtuu keiton aikana?