OGOLNA TECHNOLOGIA ZYWNOSCI

dr hab. inz. Krzysztof Surowka

LITERATURA:

1. E.Pijanowski, M.Dluzewska, A.Dluzewski, „Ogolna technologia zywnosci”, WNT Warszawa

2. Praca zbiorowa. pod red. P.Lewickiego, „Inzynieria i aparatura przemyslu spozywczego”, WNT Warszawa

3. Sabnikow, Popow, Lysianski, Pietko, „Procesy i aparaty w przemysle spozywczym”

4. Poter, Kotchniss, “Foot science”

5. O.R.Fennemy “Food Chemistry” Marcel Dekker, New York

24.02.2005

Wyklad 1

NAUKA O ZYWNOSCI

Zadania nauki o zywnosci:

1. Okreslenie wlasciwosci produktow istotnych dla bezpieczenstwa i jakosci.

2. Badanie przemian fizycznych, chemicznych i biochemicznych zachodzacych w zywnosci.

3. Zrozumienie w oparciu o pierwsze punkty jak poszczegolne przemiany wplywaja na te wlasciwosci produktow, ktore istotne sa dla bezpieczenstwa i jakosci

4. Zastosowanie tak uzyskanej wiedzy do wlasciwego doboru skladnikow zywnosci rodzaju i parametrow operacji i procesow przetworczych oraz przechowywania zywnosci.

Nauka o zywnosci - stosowanie nauk podstawowych i inzynierii do badania wlasciwosci fizycznych, chemicznych i biochemicznych zywnosci oraz zasad przetworstwa i przechowalnictwa.

Technologia zywnosci - wykorzystanie wiedzy z zakresu nauki o zywnosci do wlasciwej selekcji surowca przetwarzania , pakowania, przechowywania i dystrybucji tak aby konsument otrzymal zywnosc bezpieczna.

Ogolna technologia zywnosci - przedst. w sposob syntetyczny typowe dla wielu branz przemyslu spozywczego operacje i procesy jednostkowe zwiazane z pozyskiwaniem surowcow i ich wstepna obrobka, przetwarzaniem, pakowaniem i magazynowaniem. Jest wstepem dla szczegolowych technologii zywnosci.

Bezpieczenstwo zywnosci ( food sfety):

• podstawowe wymagania stawiane zywnosci

• produkt w momencie konsumpcji musi byc wolny od fizycznych chemicznych i mikrobiologicznych zagrozen (Product - Procesing - Packing PPP)

• konsument moze dostrzec tylko czesc wad produktu (barwa, tekstura, flavour) inne sa dla niego ukryte (zanieczyszczenia chemiczne i mikrobiologiczne, gorsza wartosc odzywcza).

Jakosc zywnosci (food quality):

• w krajach zamoznych konsumenci dokonuja wyboru zywnosci w oparciu o szereg czynnikow, ktore mozna okreslic jednym slowem - jakosc

• jakosc jest to stopien doskonalosci (smak, zapach, wyglad, tekstura, wartosc odzywcza) jest scisle zwiazana z cena - wartosc produktu

• konsumencka ocen jakosci oparta jest na poslugiwaniu sie zmyslami: wzroku, dotyku, smaku, sluchu. Ocenia sie wyglad (rozmiary, ksztalt, polysk, klarownosc, kolor, uszkodzenia); teksture (twardosc, kruchosc, elastycznosc), wlasciwosci smakowo-zapachowe ( flavour).

Pogorszenie sie bezpieczenstwa jakosci zywnosci zwiazane jest ze zmianami w obrebie tekstury, wlasciwosci smakowo-zapachowych, barwy i wartosci odzywczej (rys. 1):

• zmiany te powodowane sa szeregiem procesow chemicznych i biochemicznych zachodzacych przy przetworstwie i skladowaniu zywnosci

• przebieg tych procesow jest uzaleznionych od nastepujacych czynnikow

1. tekstura

a/ zmniejszenie rozpuszczalnosci

b/zmniejszenie wodochlonnosci

c/ twardniecie

d/ miekniecie

2. Smaku i zapachu:

a/ jelczenie (hydrolityczne lub oksydatywne)

b/przypalenie

c/ inne obce smaki i zapachy.

3. Koloru:

a/ciemnienie

b/ rozjasnienie (blakniecie)

c/ inne nienaturalne kolory.

4. Straty wartosci odzywczych:

a/ witamin

b. substancji mineralnych

c/ bialka

d/ tluszcze.

Parametry wplywajace na jakosc i bezpieczenstwo zywnosci:

Temperatura (T), czas (t), szybkosc (dT/dt), pH, sklad produktu, sklad fazy gazowej, aktywnosc wodna (a_w).

Temperatura:

• parametr najistotniejszy

• wplywa na przebieg zjawisk fizycznych, reakcji chemicznych, biochemicznych oraz rozwoj drobnoustrojow

• rownanie Arrheniusa k=exp(-dE/RT) rys.4

• odstepstwa od rownania Arrheniusa

a/ zmiana mechanizmu reakcji

b. zmiana fizycznego stanu ukladu np. zamrozenie

c/ termiczna inaktywacja enzymu

d/denaturacja mrozeniowa enzymow lub krioliza

e/ wyczerpanie ktoregos z reagentow.

Czas:

• scisle zwiazany z szybkoscia procesow, a ta = f(T)

• bardzo istotny w procesach technologicznych (HTST high temperature short time, sterylizacja, wlasciwosci sensoryczne)

• istotny w procesach: sekwencjach (NEB nieenzymatyczne brunatnienie, oksydacja tluszczow)

• przechowalnictwo: przemiany nieodwracalne i addytywne HQL, PSL

pH

• wplyw na kierunek i szybkosc przemian

• bardzo istotne za wzgledu na rozwoj drobnoustrojow (4,6)

• ekstremalne wartosci pH - kataliza H⁺, OH^-

• nawet niewielkie zmiany bardzo istotne (glikoliza miesa - PSE, PSD)

sklad produktu

• od niego zaleza przemiany jakie zachodza w przetworstwie i przechowalnictwie

• f ( odmiany, obchodzenie sie z surowcami - obicia owocow, szybkosc glikolizy miesa)

• wplywa na trwalosc

• mieszanie roznych skladnikow - interakcje, przyspieszanie lub spowolnianie procesow)

• modyfikacja skladu ( dodatki do zywnosci, usuwanie niektorych skladnikow)

sklad fazy gazowej

• istotne stezenie O₂

• pakowanie prozniowe, w gazach obojetnych, CAP, MAP

(winteryzacja olejow - schladzanie - oddzielanie frakcji wytracalnych)

Aktywnosc wodna

• zwiazana z dostepnoscia wody w produkcie

• wplywa na szybkosc wielu reakcji chemicznych i rozwoju drobnoustrojow (rys5 i 6)

aktywnosc wody 0 - mala

akt.wody 1 -taka jak w czystej wodzie

Pokrycie monomolekularne - czasteczki H₂O pokrywaja produkt pojedyncza warstwa, chroniac produkt przed dostepem tlenu.

Bezpieczna zywnosc - eliminacja zagrozen

Zagrozenia:

• biologiczne

- bakterie, grzyby, plesnie, wirusy, pasozyty, toksyny

- infekcje i intoksykacje

- USA: 1000 osob (grupa zagrozona) umiera rocznie na skutek zatruc pokarmowych (rys.7)

• chemiczne

- substancje wystepujace naturalnie w zywnosci

- substancje wprowadzone do zywnosci: celowo i wnikajace ze srodowiska (Rys.8)

TYPY ZAGROZEN CHEMICZNYCH:

I. Substancje wystepujace naturalnie:

• mikotoksyny (np.aflatoksyny)

• toksyny grzybow,

• toksyny owocow morza (czesto neurotoksyny)

• hemoglutyniany.

• alkaloidy

II. Wprowadzone substancje chemiczne:

a) zwiazane z produkcja rolnicza (nawozy sztuczne - nadmiar, pestycydy, fungicydy, insektycydy, antybiotyki, hormony wzrostu)

b) subst zabronione (wg ustawodawstwa danego kraju, np. dodatki do zywnosci)

c) substancje ze srodowiska, metale ciezkie i zwiazki chemiczne: Pb, Zn, As, Hg, Cd, CN^-, WWA(Wielopierscieniowe Weglowodory Aromatyczne), PCB

d) dodatki do zywnosci ( powyzej ustalonego limitu): konserwanty (γ-COO^-, NO₂^-, SO₂^- ), intensyfikatory smaku (MSG glutaminian sodu), dodatki zywieniowe (niacyna), barwniki

e) pozostalosci smarow, srodkow myjacych, itp.

f) substancje chemiczne dodawane celowo (sabotaz)

• fizyczne

- materialy obce w surowcu

- materialy wprowadzone w procesie przetwarzania

-szklo, drewno, kamienie, metale, owady, kosci

• zagrozenia zywieniowe

- wystepuja przy nadmiernym spozywaniu zywnosci uwazanej za sprzyjajaca chorobom nowotworowym, miazdzycy, chorobom serca, otylosci itp.

Eliminowanie (ograniczanie) zagrozen

a) Dobra Praktyka Produkcyjna ( Good Manufacturing Practice - GMP)

b) Analiza Zagrozen i Kontrola Punktow Krytycznych ( Hazard Analysis and Critical Control Piont - HACCP)

Siedem glownych zasad (elementow) systemu HACCP

1) Analiza Zagrozen (HA) - identyfikacja zagrozen, ocena ich istotnosci oraz ryzyka z nimi zwiazanego.

Zakres: od produkcji surowca poprzez przetworstwo, dystrybucje az do konsumpcji.

2) Okreslenie krytycznych punktow (CCP)- wskazanie na miejsca i etapy, w ktorych brak kontroli moze wywolac zagrozenia dla bezpieczenstwa produktu.

3) Ustalenie Krytycznych Parametrow dla Kazdego CCP - przyjecie kryteriow, ktorych przekroczenie swiadczy o niewlasciwym przebiegu procesu ( PH produktu, temperatura pasteryzacji)

4) Dobor Systemow Monitorowania - wlasciwe rejestrowanie krytycznych parametrow w kazdym z CCP

5) Ustalenie Procedury Podejmowania Czynnosci Korygujacych w przypadku stwierdzenia odchylen w CCP

6) Opracowanie Systemu Dokumentacji - takie przechowywanie wynikow pomiarow parametrow w CCP, aby byly one szybko dostepne dla producenta i czynnikow kontrolnych

7) Weryfikacja Dzialania Systemu HACCP - sprawdzanie jak dzialanie systemu wplywa na jakosc i bezpieczenstwo produktu gotowego.

Proces produkcyjny (TZ) - zbior swiadomych czynnosci zmierzajacych do przeksztalcenia surowcow biologicznych w produkty spozywcze o jak najwiekszej wartosci uzytkowej

Proces technologiczny - ciag operacji i procesow jednostkowych nastepujacych w okreslonej sekwencji czasowej poczawszy od obrobki surowca az do otrzymania gotowego produktu

Operacja jednostkowa - czynnosci procesu technologicznego o charakterze fizycznym

• operacje mechaniczne (rozdrabianie, mieszanie)

• operacje cieplne ( ogrzewanie chlodzenie)

• operacje dyfuzyjne (suszenie, ekstrakcja)

• operacje fizykochemiczne - zwiazane ze zmiana stanu skupienia lub rozproszenia ( krystalizacja, zamrozenie, emulgowanie)

Procesy jednostkowe - czynnosci procesu technologicznego o charakterze chemicznym, biochemicznym lub biologicznym

• procesy chemiczne (hydroliza, destylacja)

• procesy biochemiczne ( stosowanie drobnoustrojow, enzymow)

Czesto wyrazny rozdzial miedzy operacja, a procesem jednostkowych jest utrudniony bo wiele z nich zachodzi jednoczesnie.

Podzial produktow spozywczych

I wg pochodzenia surowca

• roslinne

• zwierzece

• mieszane ( odzywki, koncentraty spozywcze)

II wg skladu chemicznego (decyduje dominujacy skladnik)

• bialkowe

• tluszczowe

• weglowodanowe - cukrowe, skrobiowe

III wg stopnia przetworzenia

• naturalne produkty nie przetworzone i nie utrwalone (mleko, owoce, warzywa, mieso, jaja)

• naturalne produkty nie przetworzone, utrwalone w rozny sposob, tak ze dostrzega sie jeszcze pierwotny charakter surowca ( mrozonki, produkty sterylizowane, pasteryzowane, suszone, solone sledzie, produkty konserwowane chemicznie)

• produkty przetworzone, w ktorych surowiec zatracil juz swoj pierwotny charakter. Czesto maja duza trwalosc ( maslo, sery, wedliny, dzemy, pieczywo itp.)

• produkty pochodne (derywaty) - powstale przez wyodrebnienie czystego skladnika (maczka ziemniaczana, cukier, olej rzepakowy)

• produkty pochodne przetworzone - derywaty poddane dalszym procesom przetwarzajacym (margaryna, TVP, skrobia modyfikowana, syropy skrobiowe)

• produkty calkowicie wytworzone przez przemysl spozywczy. Glownie produkty fermentacji i biosyntezy (alkohol, niektore spozywane kwasy organiczne, aminokwasy, witaminy, drozdze, ogolnie biomasa)

IV wg stopnia przygotowania do bezposredniej konsumpcji

• naturalne produkty nie przetworzone i nie wymagajace przygotowania przez spozyciem ( miod, owoce, mleko, ostrygi)

• naturalne produkty spozywcze czesciowo przetworzone - polprodukty ( czesciowo przetworzone miesa, mrozonki)

• przygotowane do spozycia ( chleb, wedliny, wyroby cukiernicze, konserwy)

2

---