علم الكيمياء والمواد الغذائية وتطبيقاتها

الكيمياء والمواد الغذائية واستخداماتها، تعنى كيمياء الأغذية بدراسة الكيمياء وراء الطبيعة البيوكيميائية للأغذية وخصائصها وكيفية هضمها 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

علم الكيمياء الغذائية هو دراسة العمليات الكيميائية وتفاعلات جميع المكونات الحيوية وغير الحيوية في الأغذية.

كما تشمل المواد الحيوية عناصر، مثل اللحوم والدواجن والخس والحليب كأمثلة.

تشبه في مكوناتها الرئيسية الكيمياء الحيوية، مثل الكربوهيدرات والدهون والبروتين.

وتشمل أيضا مجالات مثل الماء والفيتامينات والمعادن، والإنزيمات والمضافات الغذائية، والنكهات والألوان.

يتضمن هذا النظام كيفية تغيير المنتجات باستخدام تقنيات معالجة طعام محددة، وأساليب لتعزيزها أو منع حدوثها.

كمثال على تعزيز العملية، يتم تشجيع تخمير منتجات الألبان بواسطة الكائنات الدقيقة، التي تحول اللاكتوز إلى حمض اللاكتيك.

مثال على منع هذه العملية هو التوقف عن تحميص سطح التفاح الطازج، باستخدام عصير الليمون أو أي سائل حامض آخر.

شاهد أيضًا: أبرز الحكم والأقوال للعلماء عن الكيمياء

نبذة تاريخية عن كيمياء الأغذية

ظهر المنهج العلمي للغذاء والتغذية مع التركيز على الكيمياء الزراعية في أعمال J.G Wallerius وHumphry Davy وغيرهم.

على سبيل المثال، قدم ديفي عناصر الكيمياء الزراعية في دورة محاضرات لمجلس الزراعة (1813م) في المملكة المتحدة.

وسيكون ذلك أساسا لمهنتها في جميع أنحاء العالم، والانتقال إلى الطبعة الخامسة.

تضمنت أعمال كارل فيلهلم شيل سابقا عزل حمض الماليك من التفاح في عام 1785م.

تمت ترجمة ونشر بعض النتائج التي توصل إليها ليبيج حول كيمياء الطعام بواسطة إيبن هورسفورد في لويل، ماساتشوستس، في عام 1848م.

في عام 1874م تأسست جمعية المحللين العموميين بهدف تطبيق الأساليب التحليلية لصالح الجمهور.

استندت تجاربها الأولية إلى الخبز والحليب والنبيذ، وكان للاهتمام بجودة الإمدادات الغذائية أيضا منطلقا، وخاصة فيما يتعلق بقضايا غش الطعام والتلوث.

سيؤدي تطوير الكليات والجامعات في جميع أنحاء العالم إلى توسيع مجال كيمياء الأغذية، بالإضافة إلى البحث في المواد الغذائية.

وتحديدا في فترة 1907م-1111م، قام هارفي دبليو وايلي بتجربة الحبوب المفردة بشكل مستقل، وقد أجرى بحثا إضافيا في وزارة الزراعة الأمريكية.

لعب دورا رئيسيا في إنشاء إدارة الغذاء والدواء في الولايات المتحدة في عام 1906م خلال أواخر القرن التاسع عشر.

وتأسست القسم الزراعي والغذائي في الجمعية الكيميائية الأمريكية في عام 1908م، بينما تأسس قسم كيمياء الأغذية في معهد تقنيي الأغذية في عام 1995م.

عادة ما يتم استخلاص فهم كيمياء الأغذية من خلال دراسة الريولوجيا ونظريات ظواهر النقل والديناميكا الحرارية الفيزيائية والكيميائية.

الروابط الكيميائية وقوى التفاعل وميكانيكا الكم وحركية التفاعل، وعلم البوليمرات الحيوية، والتفاعلات الغروية.

تتعلق الكيمياء الفيزيائية للأغذية بتغيرات الزجاج والمواد الصلبة المتجمدة أو غير البلورية، وبالتالي فهي المجال الأساسي.

الماء في النظم الغذائية

الماء هو أحد المكونات الرئيسية للغذاء، ويمكن أن يكون مكونا من 50٪ إلى 95٪ في منتجات اللحوم، وفي منتجات الخس والملفوف والطماطم في أي مكان.

كما يعتبر موطنا مثاليا لنمو البكتيريا وتلف الطعام إذا لم يتم معالجته بشكل صحيح، وإحدى الطرق التي يتم بها قياس ذلك في الطعام.

إنها النشاط المائي الذي يعتبر ضروريا جدا لعمر طويل للعديد من الأطعمة أثناء المعالجة.

أحد مفاتيح الحفاظ على الطعام في معظم الحالات هو تقليل كمية الماء أو تغيير خصائصه، لزيادة فترة صلاحيته.

تتضمن هذه الطرق الجفاف والتجميد والتبريد، وتشمل أيضا المبادئ الفيزيوكيميائية للتفاعلات والتحويلات التي تحدث أثناء تصنيع الأطعمة وتخزينها وتناولها.

الكربوهيدرات في النظم الغذائية

السكروز يشكل 75٪ من العالم البيولوجي و80٪ من إجمالي الطعام الذي يستهلك، ويحتاج إلى مصدر.

وأبسط شكل للكربوهيدرات هو السكر الأحادي الذي يحتوي على الكربون والهيدروجين والأكسجين بنسبة 1:2:1 وفقا للصيغة العامة CnH2nOn، حيث يكون n على الأقل 3.

والجلوكوز هو مثال على السكر الأحادي مثل الفركتوز، عندما يتم دمجهما بالطريقة الموضحة في الصورة أدناه.

يتم تكوين السكروز، وهو أحد أكثر منتجات السكر شيوعا الموجودة في النباتات.

أيضا يتم تكوين سلسلة من السكريات الأحادية لإنتاج السكريات المتعددة، وتشمل هذه السكريات البكتين والديكستران والأجار والزانثان، ويتم قياس محتوى السكر عادة بوحدة البركس (Brix).

الدهون في النظم الغذائية

يضم مصطلح الدهون تشكيلة متنوعة من الجزيئات، وبشكل كبير يشمل المركبات غير القابلة للذوبان في الماء أو غير القطبية من أصل حيوي.

تتضمن ذلك الشموع والأحماض الدهنية، بما في ذلك الأحماض الدهنية الأساسية، والفوسفوليبيدات المشتقة من الأحماض الدهنية.

كما يشمل ذلك الدهون مثل السفينجوليبيد والجلايكوليبيدات التربينويدات، مثل الرتينويدات والمنشطات.

تتكون بعض الدهون من جزيئات ذات ترتيب خطي، بينما تحتوي بعضها الآخر على هياكل حلقية، كما أن بعضها له رائحة.

وبعضها ليس كذلك، وبعضها مرن، وبعضها جامد، حيث تتمتع معظم الدهون ببعض الخصائص القطبية.

بالإضافة إلى كونها غير قطبية بشكل عام، معظم هيكلها غير قطبي ويتجنب الماء بشكل كبير.

وبالتالي، فإنه لا يتفاعل بشكل جيد مع المذيبات القطبية مثل الماء، وجزء آخر من بنيتها يكون قطبيا أو مائيا (محبا للماء).

وسوف يتفضل بالارتباط بالمذيبات قطبية مثل الماء، وهذا يجعلها جزيئات هيدروفيلية (تحتوي على أجزاء تكره الماء وتحب الماء).

في حالة الكوليسترول، يكون المجموعة القطبية OH (هيدروكسيل أو كحول).

تابع أيضًا: ما هي تقنية النانو في الكيمياء ؟

بروتينات الطعام في النظم الغذائية

البروتينات تشكل أكثر من 50٪ من الوزن الجاف للخلية الحية المتوسطة، وهي جزيئات معقدة جدا وتلعب دورا أساسيا في هيكل ووظيفة الخلايا.

تتكون بشكل أساسي من الكربون والنيتروجين والهيدروجين والأكسجين، وتحتوي أيضا على بعض الكبريت، وقد تحتوي أيضا على الحديد أو النحاس أو الفوسفور أو الزنك.

البروتينات ضرورية للنمو والبقاء في الغذاء، وتختلف الاحتياجات حسب عمر الشخص ووظيفة الأعضاء (مثل الحمل).

وعادًة ما يتم الحصول على البروتين من مصادر حيوانية: البيض والحليب واللحوم هي مصادر للبروتين، كما تتوفر المكسرات والحبوب والبقوليات كبدائل نباتية.

يتم استخدام مزيج البروتين من مصادر النباتات لتحقيق حصص غذائية كاملة من البروتين المستمد من النباتات.

تم اكتشاف وجود تحسس للبروتين، مثل تحسس الطعام، باستخدام اختبار ELISA.

الإنزيمات في النظم الغذائية

الإنزيمات هي محفزات كيميائية حيوية تستخدم لتحويل عمليات من مادة إلى أخرى، وتساهم في تقليل الوقت والطاقة المطلوبين لإكمال عملية كيميائية.

تستخدم العديد من جوانب صناعة الأغذية المحفزات، مثل الخميرة في الخبز ومنتجات الألبان وعصائر الفاكهة لإنتاج الجبن والبيرة والخبز.

الفيتامينات في النظم الغذائية

الفيتامينات هي مركبات غذائية ضرورية بكميات صغيرة لعمليات الأيض الأساسية في الجسم.

تنقسم أيضا في التغذية إلى قابلة للذوبان في الماء (فيتامين ج) وقابلة للذوبان في الدهون (فيتامين هـ).

ويمكن أن يسبب نقص الفيتامينات أمراضا مثل البري بري وفقر الدم والأنيميا.

بينما جرعة زائدة من الفيتامينات يمكن أن تسبب غثيانا وقيئا أو حتى الموت.

المعادن في النظم الغذائية

المعادن الغذائية الموجودة في الأطعمة متنوعة ومتعددة، والعديد منها ضروري لوظائف الجسم، بينما قد تكون بعض العناصر النادرة ضارة إذا تم تناولها بكميات زائدة.

المعادن الأساسية التي يجب تناولها يوميا (RDI، البدل اليومي الموصى به سابقا) والتي يجب أن تزيد عن 200 ملغ/يوم هي الكالسيوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم.

أما المعادن النزرة المهمة (RDI أقل من 200 ملغ/يوم) فتشمل النحاس والحديد والزنك، ويتواجد هذه المعادن في العديد من الأطعمة.

المضافات الغذائية

الإضافات الغذائية هي مواد يتم إضافتها إلى الطعام للحفاظ على النكهة أو تحسين الطعم أو المظهر، وهذه العمليات قديمة.

مثل استخدام الخل في عملية التخليل أو كمستحلب في خلطات مثل المايونيز، وتتم إشارتها عموما بواسطة `رقم E` في الاتحاد الأوروبي.

أيضا، تعتبر معترف بها عموما على أنها آمنة (GRAS)، من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية.

اخترنا لك: موضوع عن أول عنصر في الجدول الدوري في الكيمياء

هكذا ناقشنا في هذا المقال موضوع الكيمياء والمواد الغذائية واستخداماتها، وبعض المكونات التي تشكل جزءا من كيمياء الأغذية والمسائل المتعلقة بها، نأمل أن تكونوا استفدتم من هذا المقال، وإذا كنتم ترغبون في قراءة المزيد عن مواضيع مختلفة، يمكنكم زيارة موقعنا مقال!