खाद्य विज्ञान I: खाद्य विज्ञान और पोषण, भोजन के गुण, गुणवत्ता मूल्यांकन, पकाने और प्रसंस्करण के प्रभाव, परिरक्षण, तथा वर्णक और योज्य
1. खाद्य विज्ञान, पोषण और भोजन के गुण
खाद्य विज्ञान भोजन पर रसायन, भौतिकी, सूक्ष्मजीव विज्ञान और अभियांत्रिकी लागू करता है: उसकी संरचना, संभालने के दौरान उसके परिवर्तन और उसकी सुरक्षा। पोषण वह विज्ञान है जो बताता है कि पोषक तत्व कैसे ग्रहण, पचित, अवशोषित, परिवहित, उपयोग और उत्सर्जित होते हैं, और आहार स्वास्थ्य से कैसे जुड़ा है। गृह विज्ञान दोनों को परिवार और संस्था के स्तर पर जोड़ता है, जहाँ व्यावहारिक प्रश्न सदा यही है कि भोजन को सुरक्षित, स्वीकार्य और पौष्टिक कैसे रखा जाए, उस लागत पर जो परिवार वहन कर सके।
भौतिक गुणों में रंग, आकार और आकृति, घनत्व और आपेक्षिक घनत्व, श्यानता, पृष्ठ तनाव, बनावट और कोलॉइडी अवस्था आते हैं। अनेक खाद्य कोलॉइड हैं: दूध जल में वसा का पायस है, मेयोनेज़ अंडे की ज़र्दी के लेसिथिन से स्थिर किया तेल-में-जल पायस है, मक्खन जल-में-तेल पायस है, फेंटी क्रीम और मेरिंग फेन हैं (द्रव में गैस), और जेली, कस्टर्ड तथा जमा दही जेल हैं (ठोस जाल में फँसा द्रव)। सॉल बहता है; जेल अपनी आकृति बनाए रखता है।
| पोषक समूह | गरम करने या संभालने पर परिवर्तन | रसोई का उदाहरण |
|---|---|---|
| स्टार्च | जिलेटिनीकरण: गरम करने पर कण जल सोखकर फूलते हैं; ठंडा होने पर कुछ एमाइलोज़ पुनः क्रिस्टलित होता है (रेट्रोग्रेडेशन) | खीर का गाढ़ा होना; ब्रेड का बासी होना |
| स्टार्च, शुष्क ताप | डेक्सट्रिनीकरण: डेक्सट्रिन में विघटन, भूरापन | सूजी या बेसन भूनना |
| शर्करा | गलनांक से ऊपर कैरामलीकरण, जिसमें प्रोटीन आवश्यक नहीं | कैरामल कस्टर्ड की परत |
| अपचायी शर्करा और प्रोटीन | मेलार्ड (अनएंज़ाइमी) भूरापन; उपलब्ध लाइसिन घटाता है | ब्रेड की पपड़ी, भुनी मूँगफली |
| प्रोटीन | ताप, अम्ल, लवण या फेंटने से विकृतीकरण और स्कंदन | अंडे का जमना; अम्लीकृत गरम दूध से पनीर |
| वसा | जल-अपघटनी और ऑक्सीकारी विकृतगंधिता; बार-बार तलने से धूम्र-बिंदु गिरता है | पुराने घी की बासी गंध; दोबारा प्रयुक्त तलने का तेल |
2. गुणवत्ता मूल्यांकन: वस्तुनिष्ठ और व्यक्तिनिष्ठ
खाद्य गुणवत्ता उन विशेषताओं का योग है जो स्वीकार्यता तय करती हैं: रूप (रंग, आकार, आकृति, दोष), बनावट और गाढ़ापन, स्वाद (रस और सुगंध), और पोषण तथा सुरक्षा मूल्य। इसे दो पूरक तरीकों से आँका जाता है। वस्तुनिष्ठ मूल्यांकन ऐसे उपकरणों का प्रयोग करता है जो चलाने वाला कोई भी हो, एक ही पाठ्यांक देते हैं; व्यक्तिनिष्ठ (संवेदी) मूल्यांकन लोगों के पैनल का प्रयोग करता है, क्योंकि केवल लोग बता सकते हैं कि भोजन पसंद है या नहीं।
| वस्तुनिष्ठ विधि | क्या मापती है |
|---|---|
| वर्णमापी / हंटर L, a, b मान | हल्कापन और रंग निर्देशांक |
| अपवर्तनमापी | कुल घुलनशील ठोस, डिग्री ब्रिक्स में (रस, जैम) |
| श्यानतामापी; रेखा-प्रसार परीक्षण | सॉस, घोल का प्रवाह और गाढ़ापन |
| भेदनमापी; बनावट विश्लेषक | दृढ़ता, कठोरता, चबाने योग्यता |
| pH मीटर; अनुमापनीय अम्लता | अम्लता, जो सुरक्षा और रंग को भी नियंत्रित करती है |
संवेदी परीक्षण तीन वर्गों में आते हैं। अंतर परीक्षण पूछते हैं कि अंतर है या नहीं: युग्म तुलना, डुओ-ट्रायो (दो नमूनों में से कौन-सा संदर्भ से मेल खाता है) और त्रिकोण परीक्षण (तीन कूटित नमूने, दो समान, भिन्न वाला चुनिए; अनुमान से सही होने की संभावना तीन में एक है)। वरीयता और स्वीकार्यता परीक्षण पूछते हैं कि भोजन कितना पसंद है, प्रायः नौ-बिंदु हेडोनिक पैमाने पर जो "अत्यधिक पसंद" से "अत्यधिक नापसंद" तक चलता है। वर्णनात्मक परीक्षण, जैसे फ़्लेवर प्रोफ़ाइल और मात्रात्मक वर्णनात्मक विश्लेषण, प्रशिक्षित पैनलिस्टों से नामित गुणों की तीव्रता अंकित कराते हैं। परीक्षण नियंत्रित प्रकाश वाले बूथों में होते हैं, नमूने यादृच्छिक तीन-अंकीय संख्याओं से कूटित, यादृच्छिक क्रम में परोसे जाते हैं, और नमूनों के बीच तालु धोने हेतु जल दिया जाता है।
3. पकाने और प्रसंस्करण के प्रभाव, तथा परिरक्षण के सिद्धांत
पकाना पाचनीयता बढ़ाता है, अनेक सूक्ष्मजीवों और पोषण-रोधी कारकों को नष्ट करता है और स्वाद विकसित करता है, पर पोषक तत्वों की कीमत पर। जल-विलेय विटामिन पकाने के पानी में घुल जाते हैं; विटामिन C ताप, वायु, क्षार और ताँबे से नष्ट होता है; थायमिन ताप-अस्थिर है और दाल या सब्ज़ी में खाने का सोडा मिलाने पर तेज़ी से नष्ट होता है; राइबोफ्लेविन प्रकाश के प्रति संवेदनशील है, इसीलिए पारदर्शी बोतल का दूध उसे खोता है; वसा-विलेय विटामिन अपेक्षाकृत स्थिर हैं, यद्यपि लंबे संपर्क से कैरोटीन ऑक्सीकृत होता है। हानियाँ न्यूनतम पानी में पकाने, पकाने का पानी उपयोग करने, बर्तन ढकने, पकाने के समय के निकट काटने और सोडा से बचने से घटती हैं।
- मिलिंग और पॉलिशिंग अनाज की चोकर और भ्रूण हटाते हैं और उनके साथ बहुत-सा थायमिन, रेशा और खनिज।
- धान को उसना करना मिलिंग से पहले जल-विलेय विटामिनों को चोकर से दाने में पहुँचा देता है, इसलिए उसना चावल अधिक थायमिन रखता है।
- अंकुरण विटामिन C और कुछ B विटामिन बढ़ाता है और फ़ाइटेट घटाता है, जिससे लौह और ज़िंक की उपलब्धता सुधरती है।
- किण्वन (इडली, डोसा, ढोकला, दही) कुछ B विटामिन बढ़ाता है, पोषण-रोधी तत्व घटाता है और पाचनीयता सुधारता है।
- जमाने या सुखाने से पहले ब्लांचिंग उन एंज़ाइमों को निष्क्रिय करती है जो अन्यथा भंडारण में दुर्गंध और भूरापन लाते।
हर परिरक्षण विधि तीन में से एक या अधिक सिद्धांतों पर टिकी है: सूक्ष्मजीवी अपघटन को रोकना या टालना (सूक्ष्मजीवों को बाहर रखकर, हटाकर, उनकी वृद्धि रोककर या उन्हें मारकर), भोजन के अपने एंज़ाइमों द्वारा स्व-अपघटन को टालना, और कीटों, कृन्तकों तथा भौतिक कारणों से होने वाली क्षति रोकना। निम्न ताप वृद्धि धीमी करता है (लगभग 0 से 5 डिग्री सेल्सियस पर प्रशीतन, ऋण 18 डिग्री या उससे नीचे हिमीकरण)। उच्च ताप मारता है: पाश्चुरीकरण दूध के रोगाणुओं को निम्न-ताप दीर्घ-समय विधि (लगभग 63 डिग्री सेल्सियस पर 30 मिनट) या उच्च-ताप अल्प-समय विधि (लगभग 72 डिग्री पर 15 सेकंड) से नष्ट करता है, जबकि निर्जर्मीकरण और डिब्बाबंदी वाणिज्यिक निर्जर्मता का लक्ष्य रखते हैं। सुखाना जल-सक्रियता घटाता है; अधिकांश जीवाणुओं को लगभग 0.91 से ऊपर, अधिकांश फफूँदों को लगभग 0.80 से ऊपर जल-सक्रियता चाहिए। शर्करा और लवण परासरण दाब बढ़ाकर, अम्ल और किण्वन pH घटाकर, और रासायनिक परिरक्षक सूक्ष्मजीवों को रोककर परिरक्षित करते हैं। विकिरण अंकुरण-रोध, कीट-निवारण और रोगाणु-घटाव की एक शीत प्रक्रिया है।
4. खाद्य वर्णक
रंग वह पहला गुण है जिसे उपभोक्ता आँकता है, और हर प्राकृतिक वर्णक अम्ल, क्षार, ताप और धातुओं के प्रति अपने ढंग से प्रतिक्रिया करता है। इन प्रतिक्रियाओं का ज्ञान बताता है कि किसी व्यंजन में सब्ज़ी फीकी या चटक क्यों हो जाती है।
| वर्णक | कहाँ मिलता है | व्यवहार |
|---|---|---|
| क्लोरोफ़िल (केंद्र में मैग्नीशियम) | हरी पत्तेदार सब्ज़ियाँ, मटर | अम्ल और लंबा पकाना मैग्नीशियम को हटाकर जैतूनी-भूरा फ़ियोफ़ाइटिन बनाते हैं; क्षार उसे चटक हरा रखता है पर बनावट नरम करता और विटामिन नष्ट करता है |
| कैरोटिनॉइड | गाजर, आम, पपीता, कद्दू, टमाटर (लाइकोपीन) | वसा-विलेय, अपेक्षाकृत ताप-स्थिर; बीटा-कैरोटीन विटामिन A का पूर्वगामी है; सुखाने और लंबे भंडारण में ऑक्सीकृत होते हैं |
| एंथोसायनिन | जामुन, लाल पत्तागोभी, काले अंगूर, बैंगन का छिलका | जल-विलेय; अम्ल में लाल, क्षार में बैंगनी से नीला; लोहे या टिन से फीके पड़ते हैं |
| एंथोज़ैंथिन (फ़्लेवोन, फ़्लेवोनॉल) | फूलगोभी, प्याज़, आलू, चावल | अम्ल में सफ़ेद, क्षार या कठोर जल में पीलापन |
| बीटालेन | चुकंदर | जल-विलेय लाल-बैंगनी; आसानी से घुलते हैं |
| मायोग्लोबिन | मांस | बैंगनी-लाल; ऑक्सीमायोग्लोबिन रूप में चटक लाल; मेटमायोग्लोबिन रूप में भूरा; संसाधित मांस में नाइट्रोसोमायोग्लोबिन रूप में गुलाबी |
5. खाद्य योज्य
खाद्य योज्य वह पदार्थ है जो सामान्यतः अपने आप में भोजन के रूप में नहीं खाया जाता, और निर्माण, प्रसंस्करण, पैकिंग या भंडारण में किसी तकनीकी प्रयोजन से जानबूझकर मिलाया जाता है। योज्यों की अंतरराष्ट्रीय पहचान कोडेक्स एलिमेंटेरियस की अंतरराष्ट्रीय क्रमांकन प्रणाली (INS) से होती है, उनका मूल्यांकन स्वीकार्य दैनिक अंतर्ग्रहण (ADI) हेतु होता है, और भारत में वे केवल उन खाद्यों में और उन स्तरों पर अनुमत हैं जो खाद्य सुरक्षा और मानक अधिनियम 2006 के अंतर्गत बने योज्य विनियमों में निर्धारित हैं।
| वर्ग | प्रयोजन | उदाहरण |
|---|---|---|
| परिरक्षक | सूक्ष्मजीवों को रोकना | सोडियम बेंज़ोएट, पोटैशियम मेटाबाइसल्फ़ाइट, सॉर्बिक अम्ल |
| प्रतिऑक्सीकारक | ऑक्सीकारी विकृतगंधिता टालना | BHA, BHT, TBHQ, टोकोफ़ेरॉल, एस्कॉर्बिक अम्ल |
| पायसीकारक और स्थिरक | तेल और पानी को मिश्रित रखना; गाढ़ापन देना | लेसिथिन, मोनो- और डाइग्लिसराइड, पेक्टिन, गोंद, CMC |
| रंग | रंग लौटाना या देना | प्राकृतिक: हल्दी, एनाटो, कैरामल; संश्लेषित: टार्ट्राज़ीन, सनसेट यलो FCF, कार्मोइसिन |
| स्वाद-वर्धक और मिठास-कारक | स्वाद तीव्र करना; चीनी का स्थान लेना | मोनोसोडियम ग्लूटामेट; एस्पार्टेम, सुक्रालोज़, सैकरीन |
| अम्लता नियामक, खमीरक, स्कंदन-रोधी | pH नियंत्रण; वातन; चूर्ण को बहने योग्य रखना | साइट्रिक अम्ल; बेकिंग पाउडर; सिलिकॉन डाइऑक्साइड |
मुख्य बिंदु
- खाद्य कोलॉइड हैं (पायस, फेन, जेल, सॉल), और स्टार्च का जिलेटिनीकरण, डेक्सट्रिनीकरण, कैरामलीकरण, मेलार्ड भूरापन, प्रोटीन स्कंदन और वसा की विकृतगंधिता अधिकांश पकाने के परिणाम समझाते हैं।
- वस्तुनिष्ठ मूल्यांकन उपकरणों का प्रयोग करता है; संवेदी मूल्यांकन अंतर परीक्षण (त्रिकोण, डुओ-ट्रायो, युग्म), हेडोनिक परीक्षण (नौ-बिंदु पैमाना) और वर्णनात्मक परीक्षणों का।
- पकाने में विटामिन C और थायमिन सबसे असुरक्षित पोषक हैं; सोडा थायमिन को, प्रकाश राइबोफ्लेविन को नष्ट करता है; उसना करना, अंकुरण और किण्वन पोषण मूल्य बढ़ाते हैं।
- परिरक्षण सूक्ष्मजीवों को बाहर रखकर या मारकर, एंज़ाइम धीमे करके, जल-सक्रियता या pH घटाकर, या परासरण दाब बढ़ाकर काम करता है।
- क्लोरोफ़िल अम्ल में फीका पड़ता है, एंथोसायनिन अम्ल में लाल और क्षार में नीले होते हैं, एंथोज़ैंथिन क्षार में पीले; योज्य मिलावट के विपरीत अनुमत, घोषित और सीमित होते हैं।
अभ्यास प्रश्न (10)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
मेयोनेज़ का सबसे उचित वर्णन है:
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उत्तर: C — लेसिथिन से स्थिर तेल-में-जल पायस
मेयोनेज़ सिरके और अंडे की ज़र्दी की जलीय प्रावस्था में तेल की बूँदें फैलाता है, और ज़र्दी का लेसिथिन पायसीकारक है। मक्खन जल-में-तेल पायस का शास्त्रीय उदाहरण है; फेंटी क्रीम फेन है।ब्रेड की पपड़ी का भूरापन, जो लाइसिन की उपलब्धता भी घटाता है, किसके कारण है?
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उत्तर: D — मेलार्ड अभिक्रिया
मेलार्ड अभिक्रिया अपचायी शर्कराओं को अमीनो समूहों से जोड़ती है, इसलिए पपड़ी भूरी करती और लाइसिन को बाँध लेती है। कैरामलीकरण में केवल शर्करा होती है; एंज़ाइमी भूरेपन को कटे उत्पाद में पॉलीफ़ीनॉल ऑक्सीडेज़ चाहिए; रेट्रोग्रेडेशन स्टार्च का पुनः क्रिस्टलन है जो ब्रेड को बासी करता है।त्रिकोण परीक्षण में 30 पैनलिस्टों में से प्रत्येक को तीन कूटित नमूने मिलते हैं, जिनमें दो समान हैं। यदि नमूने सचमुच अभेद्य हों, तो केवल संयोग से कितने पैनलिस्टों के भिन्न नमूना सही चुनने की अपेक्षा होगी? संख्या लिखिए।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 10
त्रिकोण परीक्षण में भिन्न नमूने का अनुमान लगाने की संभावना 1/3 है, अतः संयोग-अपेक्षा 30 × 1/3 = 10 है। केवल 10 से सार्थक रूप से अधिक सही उत्तर ही वास्तविक अनुभवगम्य अंतर दिखाते हैं।सब्ज़ियाँ पकाते समय जल-विलेय विटामिनों की हानि निम्न में से कौन-से घटाते हैं? सभी सही चुनिए।
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उत्तर: A — न्यूनतम पानी में पकाना और वही पानी उपयोग करना; C — पकाने का समय घटाने हेतु बर्तन ढकना
न्यूनतम पानी जिसे फिर खाया जाए, और ढका बर्तन जो तापन छोटा करे, दोनों हानि घटाते हैं। खाने का सोडा थायमिन और विटामिन C नष्ट करता है, और पहले से छोटे टुकड़े काटकर भिगोना वह सतह बढ़ाता है जिससे विटामिन घुलते और ऑक्सीकृत होते हैं।जामुन स्क्वैश के परिरक्षण हेतु पोटैशियम मेटाबाइसल्फ़ाइट अनुपयुक्त क्यों है?
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उत्तर: A — इससे निकलने वाली सल्फ़र डाइऑक्साइड एंथोसायनिन वर्णक को विरंजित करती है
KMS सल्फ़र डाइऑक्साइड छोड़ता है जो लाल और बैंगनी एंथोसायनिन को रंगहीन करता है, इसलिए जामुन स्क्वैश जैसे रंगीन उत्पाद सोडियम बेंज़ोएट से परिरक्षित होते हैं। KMS अनुमत परिरक्षक है और अम्लीय हल्के रंग के उत्पादों में अच्छा काम करता है।अभिकथन (A): ढक्कन लगाकर लंबे समय तक, या इमली के साथ पकाई हरी सब्ज़ियाँ जैतूनी-भूरी हो जाती हैं। कारण (R): अम्ल क्लोरोफ़िल के मैग्नीशियम को हाइड्रोजन से प्रतिस्थापित कर फ़ियोफ़ाइटिन बनाता है। सही विकल्प चुनिए।
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उत्तर: A — A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है
दोनों सत्य हैं और R, A की व्याख्या करता है। ढक्कन पकाने पर निकलने वाले वाष्पशील वनस्पति अम्लों को रोक लेता है, और इमली अम्ल जोड़ती है; दोनों स्थितियों में मैग्नीशियम निकल जाता है और जैतूनी-भूरा फ़ियोफ़ाइटिन बनता है। खुले बर्तन में थोड़े समय पकाने से अम्ल उड़ जाते हैं।एंथोसायनिन और एंथोज़ैंथिन के बारे में कौन-से कथन सही हैं? सभी सही चुनिए।
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उत्तर: A — एंथोसायनिन अम्ल में लाल होते हैं और क्षार में बैंगनी से नीले हो जाते हैं; D — कठोर, क्षारीय जल में पकी फूलगोभी अपने एंथोज़ैंथिन के कारण पीली पड़ती है
एंथोसायनिन pH सूचक हैं, अम्ल में लाल और क्षार में नीले, और एंथोज़ैंथिन क्षार में पीले। एंथोसायनिन जल-विलेय हैं और आसानी से घुलते हैं, और विटामिन A के पूर्वगामी बीटा-कैरोटीन जैसे कैरोटिनॉइड हैं, एंथोज़ैंथिन नहीं।फलों के रस के कुल घुलनशील ठोस डिग्री ब्रिक्स में कौन-सा उपकरण मापता है?
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उत्तर: B — अपवर्तनमापी
अपवर्तनमापी विलयन का अपवर्तनांक पढ़ता है, जो घुले ठोसों के साथ बढ़ता है और डिग्री ब्रिक्स में अंशांकित होता है। भेदनमापी दृढ़ता, वर्णमापी रंग और श्यानतामापी प्रवाह मापता है।निम्न में से कौन-से वसा और तले नमकीनों में विकृतगंधिता टालने हेतु प्रयुक्त प्रतिऑक्सीकारक हैं? सभी सही चुनिए।
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उत्तर: A — टोकोफ़ेरॉल; B — BHA
ब्यूटिलेटेड हाइड्रॉक्सीएनिसोल और टोकोफ़ेरॉल वसा-ऑक्सीकरण की मुक्त-मूलक श्रृंखला को तोड़ते हैं। सोडियम बेंज़ोएट रोगाणुरोधी परिरक्षक है और कार्बोक्सीमिथाइल सेलुलोज़ गाढ़क तथा स्थिरक, इसलिए कोई भी विकृतगंधिता धीमी नहीं करता।0.65 जल-सक्रियता वाले सूखे फल अधिकांश जीवाणुओं से खराब होने की संभावना कम है मुख्यतः क्योंकि:
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उत्तर: B — अधिकांश जीवाणुओं को बढ़ने हेतु लगभग 0.91 से अधिक जल-सक्रियता चाहिए
जल-सक्रियता सूक्ष्मजीवों को उपलब्ध जल मापती है; अधिकांश जीवाणुओं को लगभग 0.91 या अधिक और अधिकांश फफूँदों को लगभग 0.80 चाहिए, अतः 0.65 पर केवल कुछ शुष्कप्रिय फफूँद और परासरणप्रिय यीस्ट जोखिम रहते हैं। सुखाना निर्जर्मित नहीं करता और फल को क्षारीय नहीं बनाता।