شارح الدرس: كيمياء الطعام الأحياء

مثال ١: وصْف تركيب الجزيئات الحيوية

أكمل العبارات لوصْف تركيب الجزيئات الحيوية.

1. يتكوَّن البروتين من العديد من المونومَرات التي تُسمَّى .
2. يرتبط العديد من جزيئات السُّكَّر، مثل الجلوكوز، معًا لتُشكِّل .
3. يتكوَّن جزيء الليبيد الأساسي من واحد وثلاثة أحماض دهنية.

الحل

الجزيئات الحيوية جزيئاتٌ طويلة السلسلة مكوَّنة من وحدات فرعية أصغَر مرتبطة معًا. عندما تكون الوحدات الفرعية في الجزيء الكبير عبارة عن نُسَخ متكرِّرة من الجزيء الصغير نفسه، تُسمَّى هذه الوحدات الفرعية مونومرات، ويُسمَّى الجزيء الكبير بوليمر.

الجزء الأول

البروتينات بوليمرات تتكوَّن من سلسلة من مونومرات أحماض أمينية مختلفة مرتبطة معًا. يُوجَد 20 حمضًا أمينيًّا قياسيًّا تقريبًا يدخل في تكوين البروتينات في جسم الإنسان، ويُمكن ترتيبها في تشكيلات مختلفة لتكوين بروتينات مختلفة. يوضِّح الشكل الآتي جزءًا صغيرًا من جزيء بروتين يتكوَّن من وحدات فرعية مختلفة من الأحماض الأمينية.

إذن يتكوَّن البروتين من العديد من المونومرات التي تُسمَّى الأحماض الأمينية.

الجزء الثاني

بوليمرات الكربوهيدرات عبارة عن سلاسل طويلة من مونومرات سُكَّريات بسيطة متكرِّرة مرتبطة معًا. على سبيل المثال، كما نُلاحِظ في الشكل الآتي، عندما يتَّحِد العديد من جزيئات الجلوكوز معًا، فإنها تُكوِّن جزيئًا كبيرًا يُسمَّى النشا.

ومن ثَمَّ، يرتبط العديد من جزيئات السُّكَّر، مثل الجلوكوز، معًا لتُشكِّل كربوهيدرات.

الجزء الثالث

الليبيدات، التي يُشار إليها أحيانًا بالدهون، جزيئاتٌ حيوية كبيرة مكوَّنة من وحدات فرعية من الجليسرول والأحماض الدهنية. ونظرًا لأن الليبيدات لا تتكوَّن من وحدات فرعية متماثِلة، فلا يُمكننا عمليًّا أن نُسمِّيها بوليمرات. من أمثلة الليبيدات الموجودة في الجسم جزيء ثلاثي الجليسريد، الذي يتكوَّن من جزيء جليسرول واحد وثلاثة «ذيول» من الأحماض الدهنية.

وبناءً على ذلك، يتكوَّن جزيء الليبيد الأساسي من جليسرول واحد وثلاثة أحماض دهنية.

مثال ٢: توضيح الجزيئات الحيوية المكوِّنة للطعام من خلال اختبارات الطعام

اختُبر صفار البيض للكشْف عن مجموعات الغذاء المكوِّنة له، وفيما يأتي النتائج.

وفقًا لهذه النتائج، أيُّ الاستنتاجات الآتية هو الاستنتاج الصحيح حول الجزيئات الحيوية الموجودة في صفار البيض؟

1. يحتوي صفار البيض على النشا والسُّكَّريات والبروتين والدهون.
2. يحتوي صفار البيض على الدهون والبروتينات، ولكنْ لا يحتوي على النشا ولا السُّكَّريات.
3. يحتوي صفار البيض على السُّكَّريات والبروتينات، ولكنْ لا يحتوي على النشا ولا الدهون.
4. يحتوي صفار البيض على السُّكَّريات والنشا، ولكنْ لا يحتوي على البروتين.

الحل

يُمكن تحديد الجزيئات الحيوية المختلفة الموجودة في عيِّنات الطعام باستخدام اختبارات الطعام.

للكشْف عن النشا، يُضاف محلول اليود. في حالة وجود نشا، يتغيَّر لون العيِّنة من البرتقالي إلى الأسود المُزرَقِّ.

للكشْف عن السُّكَّريات المُختزِلة مثل الجلوكوز، يُضاف محلول بندكت. في حالة وجود الجلوكوز، يُمكن ملاحَظة تغيُّر اللون من الأزرق إلى الأخضر، أو الأصفر، أو البرتقالي، أو الأحمر حسب تركيز السُّكَّريات في العيِّنة.

للكشْف عن البروتينات، يُضاف محلول بيوريت. في حالة وجود البروتينات، نلاحِظ تغيُّر اللون من الأزرق إلى البنفسجي الفاتح.

وللكشْف عن الليبيدات، التي تُسمَّى أحيانًا الدهون، يُضاف الإيثانول إلى عيِّنة الطعام لإذابة الليبيدات، ثم يُضاف الماء المقطَّر إلى المحلول؛ وهذا يُسمَّى اختبار المُستحلَب. في حالة وجود ليبيدات في عيِّنة الطعام، يتكوَّن مُستحلَب أبيض ينفصل في النهاية إلى طبقة بيضاء عكِرة مميزة فوق طبقة من الماء الصافي.

ظلَّت عيِّنة الطعام هذه برتقالية بعد إضافة اليود، وهو ما يدلُّ على عدم وجود نشا. وظلَّت زرقاء عند إضافة محلول بندكت، إذن لا تُوجَد سُكَّريات مُختزِلة بسيطة مثل الجلوكوز. لكن اللون تغيَّر إلى البنفسجي عند إضافة محلول بيوريت؛ لذلك فهي تحتوي بالفعل على بروتين. وتكوَّنت طبقة مُستحلَب بيضاء عند إجراء اختبار المُستحلَب؛ أيْ إنها تحتوي على دهون.

إذن الإجابة الصحيحة هي (ب): يحتوي صفار البيض على الدهون والبروتينات، ولكنْ لا يحتوي على النشا ولا السكريات.

مثال ٣: توضيح الجزيئات الحيوية المكوِّنة للطعام واختبارات الطعام

أكمل الجدول لتوضيح الجزيء الحيوي الذي يَجري الكشف عنه، واسم الاختبار.

الحل

يُمكن تحديد الجزيئات الحيوية المختلفة في عيِّنات الطعام باستخدام اختبارات الطعام المختلفة. للكشْف عن النشا، يُضاف محلول اليود. في حالة وجود نشا، يتغيَّر لون العيِّنة من البرتقالي إلى الأسود المُزرَقِّ. وللكشْف عن الجلوكوز (السُّكَّريات البسيطة)، يُضاف محلول بندكت. في حالة وجود الجلوكوز، يُمكن ملاحَظة تغيُّر اللون من الأزرق إلى الأخضر، أو الأصفر، أو البرتقالي، أو الأحمر حسب تركيز السُّكَّريات في العيِّنة. للكشْف عن البروتينات، يُضاف محلول بيوريت. في حالة وجود البروتينات، نلاحِظ تغيُّر اللون من الأزرق إلى البنفسجي. للكشْف عن الدهون، يُضاف الإيثانول والماء، وهذا يُسمَّى اختبار المُستحلَب. في حالة وجود الدهون، تتكوَّن طبقة مُستحلَب بيضاء فوق طبقة من الماء.

ومن ثَمَّ، الإجابات الصحيحة هي:

1. اليود
2. الليبيدات
3. بيوريت
4. السُّكَّريات

مثال ٤: وصْف الملاحَظات والأنماط في عملية قياس السعرات الحرارية للطعام

يوضِّح الشكل الآتي إعدادًا بسيطًا لمِسْعَر حراري، وهو أداة يُمكن استخدامها لتقدير كمية الطاقة الموجودة في الأطعمة المختلفة.

1. ماذا يحدث عندما يحترق الطعام؟
   1. ترتفع درجة حرارة الماء نتيجة لإطلاق الطعام طاقة حرارية.
   2. تنخفض درجة حرارة الماء نتيجة لإطلاق الطعام طاقة حرارية.
   3. تنخفض درجة حرارة الطعام نتيجة لامتصاصه طاقة حرارية.
   4. لا يحدث تغيُّر في درجة حرارة الماء أو الطعام.
2. أيٌّ من الآتي يَصِف العلاقة بين مقدار الطاقة التي يحتويها الطعام والنتيجة المتوقَّعة؟
   1. كلما قلَّت كمية الطاقة في عيِّنة الطعام، زادت درجة حرارة الماء.
   2. كلما زادت كمية الطاقة في عيِّنة الطعام، زادت درجة حرارة الماء.
   3. لا تُوجَد علاقة بين الطاقة التي تحتويها عيِّنة الطعام، والتغيُّر في درجة حرارة الماء؛ لأنه لا يُمكن نقْل الطاقة الحرارية عبر الهواء إلى الوعاء.

الحل

الجزء الأول

قياس السعرات الحرارية للطعام عملية تُستخدَم لقياس قيمة تقريبية للطاقة الموجودة في الطعام. والمِسْعَر الحراري هو الأداة المُستخدَمة لإجراء هذه العملية. ويعمل من خلال حرق عيِّنة من الطعام أسفل حجم معيَّن من الماء داخل وعاء.

بينما يحترق الطعام أسفل المِسْعَر، تتحوَّل الطاقة الكيميائية الموجودة في الطعام إلى طاقة حرارية (حرارة) يُطلِقها الطعام، وهو ما يؤدِّي إلى تسخين الماء.

ومن ثَمَّ، ترتفع درجة حرارة الماء نتيجة لإطلاق الطعام طاقة حرارية.

الجزء الثاني

من خلال قياس درجة حرارة الماء في بداية ونهاية العملية، يُمكننا تقدير كمية الطاقة التي انتقلتْ إلى الماء. وكلما زاد التغيُّر في درجة حرارة الماء، زاد مقدار الطاقة المنتقلة من عيِّنة الطعام إلى الماء، وزادت كمية الطاقة التي احتوتْها عيِّنة الطعام في البداية.

ومن ثَمَّ، كلما زادت كمية الطاقة في عيِّنة الطعام، زادت درجة حرارة الماء.