۱.۱. شیمی مواد غذایی و تاریخچه آن
شیمی مواد غذایی یک رشته اساسی برای دانشجویان، مهندسان و متخصصان فعال در صنعت غذا است. این فصل مروری بر این حوزه دارد، از جمله تعریف، هدف، روند توسعه و نقش آن در علم و مهندسی مواد غذایی.
۱.۱.۱. شیمی مواد غذایی چیست
مواد مغذی به موادی گفته میشود که برای حفظ حیات و رشد و تکامل انسان ضروری بوده و نقش تغذیهای دارند. بدن انسان به مقادیر زیادی از مواد مغذی نیاز دارد. از نظر ساختار شیمیایی، مواد مغذی به شش گروه اصلی تقسیم میشوند که عبارتند از: آب، کربوهیدراتها، پروتئینها، لیپیدها، ویتامینها و مواد معدنی.
ابتدا باید به تفاوت جزئی بین واژههای «ماده غذایی» و «غذا» توجه کرد؛ «ماده غذایی» به موادی گفته میشود که دارای عناصر مغذیاند، در حالی که «غذا» به موادی گفته میشود که از مواد غذایی (از تمیز کردن ساده تا پردازش صنعتی پیشرفته) تهیه شدهاند تا نیازهای تغذیهای و حسی انسان را برآورده کنند. به عبارتی، غذا باید هم از نظر تغذیه و هم از نظر حسی رضایتبخش باشد.
ترکیبات تغذیهای غذاها را میتوان بهراحتی تعیین کرد، اما رضایت حسی موضوعی بسیار پیچیدهتر است و علاوه بر رنگ، بافت، شکل و طعم غذا، به زمینه فرهنگی و عادات غذایی مصرفکننده نیز بستگی دارد.
ترکیبات شیمیایی موجود در غذاها بسیار پیچیدهاند (شکل ۱-۱). برخی از این ترکیبات ذاتاً در مواد حیوانی یا گیاهی وجود دارند، بعضی در طی فرآوری و نگهداری ایجاد میشوند، برخی دیگر بهطور عمدی از سوی تولیدکنندگان افزوده میشوند، برخی آلایندههایی هستند که از محیط یا میکروارگانیسمها منشاء میگیرند و برخی دیگر از مواد بستهبندی به غذا منتقل میشوند.
هدف شیمی مواد غذایی، آشکارسازی ساختار، خواص فیزیکی و شیمیایی، ارزش تغذیهای و ایمنی این ترکیبات، تغییرات آنها در طول نگهداری و فرآوری و تأثیر این تغییرات بر تغذیه و خوشخوراکی غذا است. این دانش برای بهبود کیفیت غذا، توسعه منابع جدید غذایی، ارتقای فناوریهای فرآوری و نگهداری، بهبود مواد بستهبندی و افزایش ایمنی و کیفیت غذا اهمیت زیادی دارد.
شکل ۱-۱. ترکیببندی مواد غذایی
شیمی مواد غذایی رشتهای جامع است که با شیمی، بیوشیمی، شیمی فیزیک، گیاهشناسی، جانورشناسی، تغذیه، ایمنی غذایی، شیمی پلیمر، شیمی محیط، سمشناسی، زیستشناسی مولکولی و دیگر علوم همپوشانی دارد. این رشته ارتباط نزدیکی با شیمی و بیوشیمی دارد و در واقع گسترش این دو علم در حوزه غذا محسوب میشود. با این حال، تمرکز و محتوای آن با دو رشته دیگر متفاوت است؛ شیمی به ترکیب، خواص و واکنشهای مولکولی میپردازد، بیوشیمی به واکنشها و تغییرات ترکیبات در شرایط مناسب در بدن موجودات زنده میپردازد، در حالی که شیمی مواد غذایی به تغییرات ترکیبات تحت شرایط نامساعد مانند سرما، گرما و خشککردن، تعاملات آنها در این فرآیندها و تأثیر این تغییرات بر تغذیه، ایمنی، و ویژگیهای حسی (رنگ، طعم، مزه و شکل) غذا توجه دارد.
۱.۱.۲. تاریخچه شیمی مواد غذایی
اگرچه مدت زمان زیادی از پذیرفته شدن شیمی مواد غذایی به عنوان یک رشته مستقل نمیگذرد، اما پژوهشها و گزارشهای مرتبط با آن از اواخر قرن هجدهم آغاز شد. در آن زمان، بسیاری از ترکیبات غذایی توسط شیمیدانان و گیاهشناسان جداسازی شدند و کتاب پژوهشهایی درباره شیمی غذا نوشته یوستوس فن لیبیگ در سال ۱۸۴۷ به عنوان نخستین کتاب در این حوزه شناخته میشود.
با گسترش تجارت مواد غذایی بین مناطق و کشورها، نیاز مصرفکنندگان و تولیدکنندگان به اطلاعاتی درباره میزان آب و وجود ترکیبات غیرغذایی بیشتر شد. در همین زمان، توسعه سریع روشهای تحلیلی، علاقه به شناخت ویژگیهای طبیعی مواد غذایی را افزایش داد.
در طول قرن بیستم، پیشرفت در تکنیکهای تحلیلی، توسعه بیوشیمی و رشد سریع صنعت غذا باعث شد شیمی مواد غذایی به سرعت توسعه یابد و به عنوان یک رشته مستقل شناخته شود.
دانشمندان چینی «یانبین شیا» و «رویجین یانگ» تاریخ شیمی مواد غذایی را به چهار مرحله تقسیم میکنند:
مرحله اول: جداسازی و شناسایی بسیاری از ترکیبات طبیعی از گیاهان و حیوانات (مانند اسید لاکتیک، سیتریک، مالیک و تارتاریک).
مرحله دوم (۱۸۲۰ تا ۱۸۵۰): شکلگیری آزمایشگاههای تخصصی و انتشار مجلات مربوط به شیمی مواد غذایی در اروپا. در این دوره، تقلب غذایی و نیاز به سنجش ناخالصیها باعث توسعه این علم شد.
مرحله سوم: ورود شیمی مواد غذایی به دوران میکروآنالیز، شناسایی کمبود تغذیهای در رژیمهای فاقد ویتامین و مواد معدنی، و افزایش قابل توجه تعداد مقالات علمی. این علم در نیمه قرن بیستم به بلوغ رسید.
مرحله چهارم (امروزی): با پیشرفت سریع فناوری، افزایش سطح زندگی و نیاز بیشتر به ایمنی، تغذیه، طعم و سهولت مصرف، شیمی مواد غذایی به یکی از مهمترین رشتهها در علوم غذایی تبدیل شده است.
۱.۱.۳. کتابهای درسی شیمی مواد غذایی
از سال ۱۹۷۶ تا ۱۹۸۵ مجموعهای از کتابهای درسی مهم در شیمی مواد غذایی منتشر شد، از جمله شیمی مواد غذایی اثر فننما (ایالات متحده) و شیمی مواد غذایی اثر بلیتز (آلمان). این کتابها تأثیر بسزایی در پیشرفت این علم داشته و بهطور گسترده به عنوان کتاب درسی در دانشگاهها مورد استفاده قرار گرفتهاند. شیمی مواد غذایی اکنون به عنوان درسی پایه برای رشتههای مرتبط با غذا تدریس میشود.
۱.۲. نقش شیمی مواد غذایی در علم و مهندسی غذا
مواد غذایی در طول نگهداری، حمل و نقل و فرآوری، دچار واکنشهای شیمیایی و بیوشیمیایی گوناگونی میشوند. برخی از این واکنشها باعث بهبود ارزش تغذیهای و طعم میشوند و برخی دیگر میتوانند برای مصرفکننده مضر باشند. هدف شیمی مواد غذایی روشنکردن این تغییرات و تأثیر آنها بر کیفیت غذا است. در سالهای اخیر، کنترل ترکیب، خواص، ساختار، و تعاملات بین مؤلفههای غذایی و شناسایی مواد مضر، از موضوعات مهم شیمی مواد غذایی شده است و این علم بهعنوان پایهای برای تضمین ایمنی و کیفیت غذا شناخته میشود.
۱.۲.۱. نقش شیمی مواد غذایی در پیشرفت فناوری
چهار ویژگی اساسی مورد نیاز برای غذا در صنعت مدرن عبارتند از: تغذیه، سلامت، ایمنی و لذت. اصول نظری و یافتههای کاربردی شیمی مواد غذایی، توسعه سالم و پایدار صنعت غذا را هدایت میکنند (جدول ۱-۱).
(جدول ۱-۱ شامل نمونههایی از کاربردهای شیمی مواد غذایی در صنایع مختلف است، مانند بهبود آرد، تثبیت نوشیدنیها، نگهداری میوه و گوشت، تصفیه روغنها، تولید افزودنیهای طبیعی، و غیره.)
۱.۲.۲. نقش شیمی مواد غذایی در تغذیه و سلامت انسان
دو ویژگی اصلی غذا عبارتند از تأمین مواد مغذی و ایجاد لذت حسی. یکی از اهداف شیمی مواد غذایی، مطالعه ترکیبات تغذیهای و طعمی در مواد اولیه و محصولات غذایی و بررسی تغییرات آنها در طول فرآوری و نگهداری است. امروزه، کاهش بروز بیماریهای مرتبط با رژیم غذایی (مثل بیماریهای قلبی، سرطان و دیابت) یکی از وظایف مهم صنایع غذایی محسوب میشود.
در عین حال، آلودگی مواد غذایی با آلایندهها به دلیل تخریب محیط زیست به یک نگرانی جهانی تبدیل شده است و شناسایی مواد مضر، برای حفظ ارزش تغذیهای و ایمنی غذا ضروری است.
۱.۳. روشهای تحقیق در شیمی مواد غذایی
غذاها دارای ترکیبات بسیار متنوع و در نتیجه سیستمهایی پیچیده هستند. بنابراین، روشهای تحقیق در شیمی مواد غذایی با روشهای مرسوم در شیمی تفاوت دارد. طراحی آزمایشها باید ارتباط بین ترکیبات غذایی و ویژگیهای تغذیه، لذت و ایمنی غذا را در نظر بگیرد.
تحقیقات عمدتاً شامل آزمایشهای فیزیکی–شیمیایی (برای تعیین ترکیب و ساختار) و ارزیابیهای حسی (برای بررسی بافت، طعم، رنگ) هستند. در طول نگهداری و فرآوری، واکنشهایی مانند قهوهای شدن غیر آنزیمی، اکسیداسیون، هیدرولیز، دناتوره شدن پروتئینها و تخریب رنگدانهها رخ میدهد که برخی از آنها مطلوب و برخی نامطلوباند. فنون و دانش شیمی مواد غذایی نقش مهمی در کنترل و مدیریت این واکنشها دارند.
