MADKEMI

 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Teoretiske mål: •
•
•
•
•
•
•
•
at kunne redegøre for simpel organisk kemi, herunder kulbrinter. at kunne redegøre for kulhydrater, herunder monosakkarider, disakkarider og polysakkarider samt deres indvirkning på kroppen. at kunne bygge et kulhydrat vha. molekyle-­‐byggesæt/Chemsketch. at kunne redegøre for proteiners opbygning og indvirkning på kroppen. at kunne redegøre for fedtstoffers opbygning og indvirkning på kroppen. at kunne redegøre for kostens sammensætning og energifordeling samt dennes betydning for vores sundhed. at kende forskel på polære og upolære stoffer at kunne redegøre for emulgatorers virkemåde og brug. Praktiske mål: •
•
•
•
at kunne påvise kulhydrater, herunder glukose og stivelse i forskellige madvarer at kunne påvise proteiner i forskellige madvarer. at kunne påvise fedt i forskellige madvarer. at kunne påvise emulgatorers egenskaber 1 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Indholdsfortegnelse: Indledning ............................................................................................................................................. 3 Kulhydrater ........................................................................................................................................... 3 Oversigt over de forskellige kulhydrater ................................................................................................ 4 Protein .................................................................................................................................................. 6 Fedt ....................................................................................................................................................... 7 Du bli’r hvad du spiser ........................................................................................................................... 9 Polære og upolære stoffer ................................................................................................................... 10 Emulgatorer ........................................................................................................................................ 11 Hvor anvendes emulgator? .................................................................................................................. 11 2 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Indledning Den mad/kost vi spiser indeholder brændstof og byggematerialer til vores krop. Det er kulhydrater, proteiner, fedt, vitaminer og mineraler, der er de vigtigste bestanddele. I dette kompendie vil vi primært beskæftige os med de 3 første: kulhydrater, protein og fedt. Når vi køber madvarer i danske butikker, kan man se på varedeklarationen, hvordan energifordelingen i varen er (se figuren t.h.) Som du kan se, indeholder 100 gram letmælk 45 kcal/190 kJ fordelt på protein, kulhydrat og fedt. Desuden findes der i letmælk vitamin B og lidt kalcium og fosfor. I det følgende skal vi kigge nærmere på kemien i vores madvarer. Den del af kemien vi her beskæftiger os med er den organiske kemi. Kulhydrater er en gruppe af organiske stoffer der består af kul, hydrogen og oxygen (de sidste to i forholdet 2:1, ligesom H2O); derfor navnet kulhydrat (hydro: vand (græsk)). „Byggestenene“ i kulhydrater er C6H12O6 (sukkermolekyler) Denne formel dækker over en masse forskellige molekyler, men fælles for sukkermolekylerne er at de 6 kulstofatomer sidder på en række og at kulatom nr. 1 og nr. 5 som regel er bundet til hinanden via et oxygenatom. Her ses en model af et glucosemolekyle (druesukker), men selv ud fra denne model kan det være svært at se hvilket sukkermolekyle, der er tale om. Disse molekyler kaldes monosakkarider og er de simpleste kulhydrater. På teg-­‐
ningen nedenunder ses hvordan to monosakkarider (her glucose og fructose) kan fraspalte vand (hydrolyse) og danne et disakkarid. Mange af de sukkerarter vi oplever i dagligdagen (rørsukker, roesukker, frugtsukker og mælkesukker) er disakkarider, hvor glucose er bundet til et andet monosakkerid. 3 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Mange glucose molekyler kan også hydrolyseres til lange kæder. Disse kæder kaldes polysakkarider. De mest almindelige er kæder af a-­‐ glucose (stivelse) og ß-­‐ glucose (cellulose). Kulhydraterne har stor betydning for levende væsener: -­‐ planterne er bygget af cellulose -­‐ mange planter gemmer energi i form af stivelse i frø og rødder -­‐ glucose er det brændstof, vores celler bruger (energi) Planterne fremstiller glucose ved hjælp af solenergi (fotosyntese): energi + 6CO2 + 6H2O -­‐> C6H12O6 + 6O2 Dyr spalter glucose for at få energi (respiration): C6H12O6 + 6O2 -­‐> energi + 6CO2 + 6H2O Vi optager kulhydrater gennem føden. Nogle af dem er meget let omsættelige i det menneskelige fordøjelsessystem (glucose, andre mono -­‐ og disakkarider og stivelse). Nogle er ufordøjelige for mennesker (cellulose). Andre dyr f.eks. køer kan godt fordøje cellulose, og kan derfor leve af græs og træ. Energi i kulhydrater: 1gram = 17 kJ Oversigt over de forskellige kulhydrater Mono-­‐sakkarider: Kulhydrater består primært af grundstoffet kul eller carbon (C) sat sammen i kæder eller ringe med hydrat-­‐grupper (OH). Hydrat kommer af det græske ”hydro” som betyder vand eller væske. De simpleste kulhydrater kaldes mono-­‐sakkarider, fx glukose (druesukker) og fruktose (frugtsukker). 4 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Disakkarider: Når to monosakkarider er sat sammen, bliver de til et disakkarid. Fx almindeligt sukker (sakkarose) og mælkesukker (laktose). Både monosakkarider og disakkarider er søde i smagen. På en varedeklaration hedder de sukkerarter. Sukkerarter er ”hurtige kulhydrater” fordi de lynhurtigt omdannes til glukose og sendes ud i blodet, allerede når du tygger maden og blander den med spyt. Poly-­‐sakkarider: Stivelse er lange kæder bestående af tusinder af glukosemolekyler. Sådanne kæder kaldes poly-­‐sakkarider (poly = mange). Stivelse udgør hovedbestanddelen af kartofler, ris, pasta og mel. Stivelse er ”langsomme kulhydrater” fordi fordøjelsesprocessen er lidt mere kompliceret. Alle kulhydrater er hurtig energi i forhold til proteiner og fedt. 5 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Kostfibre: Kemisk set er fibre kulhydrater, men strukturen er så̊ kompliceret at vores fordøjelsessytem ikke kan nedbryde dem. Det kan drøvtyggere, fx køer og hjorte, godt. Deres mave-­‐ og tarmsystem er udviklet specielt til at nedbryde cellulose i græs. -
Fiberrig mad er sundt for fordøjelsen og modvirker forstoppelse. Fibre fylder også̊ godt i maven og giver mæthedsfornemmelse. Fibre findes bl.a. i grove kornprodukter, men også̊ i mange grøntsager, kerner og nødder. Protein Ordet ”protein” stammer fra græsk og betyder “af allerstørste vigtighed”. Muskler, enzymer og DNA er opbygget af proteiner. Gode kilder til protein er især kød, æg, fisk, bønner og linser. Protein er dyrenes (og menneskernes) byggesten. Proteiner er makromolekyler (meget store), der er sammensat af aminosyrer. En aminosyre er et organisk molekyle, der dels består af kul og brint (et radikal) og dels af en aminosyregruppe. Der er ca. 20 forskellige aminosyrer, der er livsnødvendige, da disse 20 molekyler, danner alle proteiner. 8 af disse kan kroppen ikke selv producere, hvorfor de kaldes essentielle. Vegetarer skal være særligt opmærksomme på̊, om de får dækket behovet for alle de essentielle aminosyrer. Proteiner er forskellige, afhængig af rækkefølgen af aminosyrerne. Hvert eneste dyr (og menne-­‐ ske) har sit eget personlige protein, dog er proteinerne indenfor samme art ret ens. Proteiner dannes ved proteinsyntesen, hvor cellerne vha. deres arveanlæg (DNA og RNA) sam-­‐
mensætter netop de rigtige proteiner. De meget lange proteinmolekyler er snoet sammen på en 6 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen bestemt måde. Disse snoninger ødelægges ved opvarmning over 42 grader. Ved denne temperatur begynder proteinerne at koagulere (stivne). F. eks. æggehvide (rent protein) der koges. Proteinerne kan også ødelægges af forskellige gift-­‐ stoffer, bl.a. mange metal ioner. (tungmetaller) I vores fordøjelse adskilles proteiner til aminosyrer af forskellige enzymer, for derefter at blive transporteret med blodet ud til cellerne, hvor proteinsyntesen finder sted. „Forkerte proteiner“ i blodet angribes af kroppens immunforsvar. Dette kan føre til allergiske reaktioner og i svære tilfælde til anafylaktisk chok (livsfarligt blodtryksfald). Energi i protein: 1 gram = 17 kJ Fedt Fedtstoffer, også kaldet lipider, bruges bl.a. til opbygning af cellemembraner og hormoner. Vores hjerne består også primært af fedt. De fedtstoffer som forekommer i vores kost består af en blanding af forskellige triglycerider. Et triglycerid er et molekyle som består af tre fedtsyrer bundet til et glycerol-­‐molekyle. En fedtsyre kan være mættet eller umættet, afhængig af dens kemiske stuktur. • Mættet fedt er fast. • Umættet fedt flydende. • Umættet fedt er sundest. Fedtstof er vigtigt for de fleste dyr (og planter). Fedt indgår i de membraner, der omslutter de enkelte celler, det er en god varmeisolator, det er et energilager (38 kJ / g) og det beskytter de livsvigtige nerveceller i hjerne og centralnervesystem. Fedtmolekyler er dannet af glycerin (glycerol) og fedtsyrer. En fedtsyre er en organisk syre, f. eks. stearinsyre. Glycerin, der er en slags alkohol, og fedtsyren fraspalter vand og der dannes „en ester“. 7 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Når glycerinmolekylet har dannet estere med tre fedtsyremolekyler har man et fedtstofmolekyle. Stearinsyren har „enkeltbindinger“ mellem alle kulstofatomerne og kaldes derfor en mættet fedtsyre. Hvis fedtsyren har én dobbeltbinding i kæden kaldes den umættet, og hvis den har flere dobbelt-­‐ bindinger -­‐ flerumættet. Mættede fedtstoffer (animalsk fedt) danner mest kolesterol (et fedtstof, der afsættes på indersiden af blodårerne og danner blodpropper). Derfor anbefales det at bruge umættede fedt-­‐ stoffer (plantefedt) så meget som muligt. Fedtstoffer er uopløselige i vand, men opløses let i de fleste organiske opløsningsmidler. Dette er grunden til at hjernen tager skade af fortynder, benzin, acetone, terpentin (malersyndrom) og gas (snifning). Alle disse stoffer -­‐ og mange flere -­‐ opløser nervebanernes fedtkapper. Der findes to essentielle fedtsyrer: omega-­‐3 som fås fra fede fisk, og omega-­‐6 som findes i planteolier. De fleste spiser alt for lidt omega-­‐3 fedt. Det er skidt fordi omega-­‐3 medvirker til at dæmpe betændelsestilstande, sænke blodtrykket og modvirke blodpropper! 8 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Fedtstof med to slags fedtsyrer. Det lille molekyle er altid glycerol, og de tre lange molekyler er fedtsyrer, der er forskellige fra fedtstof til fedtstof. Det er forskellene i fedtsyrerne, der giver de store forskelle på fedtstofferne. Nogle fedtsyrer har dobbeltbindinger et eller flere steder i det lange fedtsyre-­‐molekyle. Det giver et „knæk" på̊ fedtsyre-­‐molekylet. Du bli’r hvad du spiser Du skal bruge både kulhydrater, proteiner og fedt for at leve sundt, men pas på mængdeforholdene. I de seneste år har forskerne funder ud af, at kulhydrat og protein i maden normalt ikke omdannes, til fedt i mennesket. Det betyder, at fedtet i menneskets fedtvæv næsten kun stammer fra fedtet i kosten. Visse nødvendige flerumættede fedtsyrer og de fedtopløselige vitaminer kan vores krop ikke selv danne. Derfor skal vi indtage noget fedt hver dag. Linolsyre er f.eks. en livsvigtig fedtsyre. Den findes bl.a. i planteolier. _Hvis vi spiser for få livsnødvendige fedtsyrer kan det bl.a. få betydning for synet, og der kan ske ændringer i hunden. Når du spiser, vil kroppen i starten forbrænde mest kulhydrat og protein for at få energi. Senere forbrændes mest fedt. Hvis du har energi nok fra proteiner og kulhydrat, vil noget af det fedt, du spiser danne fedtvæv i kroppen. Det medfører at du tager på i vægt. Det er ikke så meget mængden af den mad du spiser, der bestemmer, om du bliver fed. Det er forholdet mellem proteiner, kulhydrater og fedt i maden. Hvis man vil tabe sig, behøver man ikke sulte. En omlægning af kosten er i de fleste tilfælde tilstrækkelige. Den kan indeholde mindre fedt og mere kulhydrat og protein. For at øge det samlede energiforbrug er det en god idé at dyrke motion. Du sætter kroppens forbrænding op, og stofskiftet siger ved fysisk træning. Samtidig har motion en gunstig virkning på regulering af din appetit. For mange mættede fedtsyrer i kosten kan blandt andet føre til forkalkning i blodårerne. 9 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Polære og upolære stoffer Selv om det lyder underligt, så er vand i sig selv ikke særlig godt til at gøre ting våde. Det skyldes, at vand er en dipol. At vand er en dipol betyder blot, at vandmolekylet har en positiv og en negativ ende (altså en positiv og en negativ pol). Man siger også at vandmolekylet er polært. Når molekyler er polære, holder de godt sammen, fordi de positive ender tiltrækkes af de negative ender. Dette kan vi fx se i vanddråber, og når der hældes så meget vand i et glas, at det står i en bue op over kanten på glasset. Tilsætter vi en dråbe sæbe til vandet i et overfyldt glas, vil sæben nedsætte vandets overfladespændingen, så glasset løber over. Stoffer, der er polære kan ikke opløses i upolære stoffer (og omvendt), men de kan blandes vha. et stof, der både er polært og upolært. Et sådant stof kaldes en emulgator, og sæbe er et eksempel på en emulgator, som du kender fra din dagligdag. Fedt er ikke polært, og det er faktisk årsagen til, at vand og fedtstof ikke kan blandes. Forsøger man at blande fedt og vand, skilles det hurtigt ad i to lag, men tilsætter man sæbe, vil det danne en samlet (emulgeret) masse af fedtet sæbevand (sæbe, fedtstof og sæbe sammen). En emulgator er, som nævnt, et stof, der kan skabe en tæt forbindelse mellem to stoffer, der ellers ikke af sig selv vil blandes. Dette skyldes, at sæbemolekylet har en fedtelskende ende (halen) og en vandelskende ende (hovedet). På næste side ses, hvordan sæben virker og får vand og fedt til at blandes (emulgere): 10 Teori 10. KlasseCenter Vesthimmerland © Kaj Mikkelsen Et kar med vand og fedt. Vand og fedt er fjender og vil aldrig ved egen hjælp Der tilsættes sæbe til karret, og sæben begynder at ”rive” fedtet itu. Sæben har revet fedtet ”itu” og fedt og vand blandes (men opløses ikke). Der er skabt en emulsion.
Sæben har fået fedt og vand til Sæben begynder at mægle at leve fredeligt sammen – mellem fedt og vand, og sæben har fungeret som prøver at påvirke begge parter fredsmægler. til at tage hensyn til hinanden. Emulgatorer Emulgatorer kan altså sikre, at to væsker, som ikke kan blandes, kan danne et sammenhængende væskelag. Vi kender fænomenet fra hjemmelavet salatdressing med olie-­‐eddikeblanding. Rystes blandingen meget voldsomt, dannes der små dråber af olie inde i vandfasen (eddiken), og blandingen bliver uklar, men emulsionen er ikke holdbar. Så snart vi holder op med at ryste blandingen og lader den henstå, dannes der efterhånden igen to adskilte væskelag. En emulsion er kun stabil, hvis de små dråber forhindres i at slå sig sammen. Dette er bl.a. emulgatorens funktion. Emulgatorer fremstilles ud fra vegetabilske olier og fedtstoffer såsom rapsolie eller palmeolie. Emulgatorer findes i naturen som lecitiner i solsikkeolie, mælk eller æggeblomme, men kan fremstilles industrielt til fødevarebranchen. I Danmark er industrielt fremstillede emulgatorer vegetabilske, altså fremstillet af planteolier. Hvor anvendes emulgator? Emulgatorer benyttes i mange forskellige fødevarer. I margarine og minarine sørger emulgatorer for, at olie og vand ikke skiller. Emulgatorerne i margarine og minarine er også med til at reducere fedtindholdet. I saucer og dressinger kan emulgatorer mindske olieindholdet samt forbedre konsistensen. I brød og kager kan emulgatorer forbedre konsistensen og forbedre brødets friskhed samt forenkle fremstillingsprocessen. I is giver emulgatorer en bedre konsistens og en cremet struktur. Fedtindholdet kan desuden mindskes uden, at kvaliteten ændres. I chokolade kan man reducere fedtindholdet ved hjælp af emulgatorer. Emulgatorer fremstilles industrielt, dog findes der visse naturlige. En naturlig emulgator er æggeblommen, der indeholder stoffet Lecitin. Dette benytter vi os af, når vi fx. laver bearnaisesovs. Flødeis, chokolade, margarine, ketchup, salatdressing og creme er alle emulsioner. 11