CHEMIA

ŻYWNOŚCI

Technologia żywności i żywienie człowieka,

IV sem., studia I stopnia inżynierskie

Rok akad. 2012/13

Wykład - 15 h

dr hab. Janina E. Kamińska, prof. nadzw. PŁ

Laboratorium – 30 h

dr inż. Halina Sadowska, dr inż. Elżbieta Patyk,

dr inż. Agnieszka Maciąg, dr hab. inż. Janina Kamińska

dr hab. Janina E. Kamińska, prof.
nadzw. PŁ

Instytut Podstaw Chemii Żywności

Nowy gmach, II piętro, pokój 209

Telefon: [phone]

E-mail:

[e-mail]

Konsultacje: wtorek, 15:00 – 16:00

PODRĘCZNIKI

dostępne w Wydziałowej

bibliotece

WYKŁAD 1

NAUKA O ŻYWNOŚCI

MIKROBIOLOGIA

BIOLOGIA

CHEMIA

INŻYNIERIA

CHEMIA ŻYWNOŚCI

•SKŁAD ŻYWNOŚCI

•WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE SKŁADNIKÓW ŻYWNOŚCI

•ZMIANY (REAKCJE) CHEMICZNE ZACHODZĄCE PODCZAS
PRZECHOWYWANIA I PRZETWARZANIA ŻYWNOŚCI

•REAKCJE POMIĘDZY SKŁADNIKAMI

•REAKCJE POD DZIAŁANIEM CZYNNIKÓW ZEWNĘTRZNYCH

•WPŁYW ZMIAN CHEMICZNYCH NA JAKOŚĆ I BEZPIECZEŃSTWO
ŻYWNOŚCI

CHEMIA ŻYWNOŚCI

CHEMIA

ZOOLOGIA

BIOLOGIA

MOLEKULARNA

BOTANIKA

FIZJOLOGIA

BIOCHEMIA

Żywność

Woda

Składniki

odżywcze

Inne

składniki

CO ZAWIERA ŻYWNOŚĆ?

Skład chemiczny

żywności:

Składniki

odżywcze:

• Białka (proteiny)
• Sacharydy

(węglowodany,

cukry)

• Lipidy (tłuszcze)

Inne składniki:

• Witaminy
• Barwniki (pigmenty)
• Sole mineralne
• Substancje smakowe

i zapachowe

• Substancje

balastowe

DLACZEGO MUSIMY

SIĘ ODŻYWIAĆ?

Metabolizm żywności

ŻYWNOŚĆ

TŁUSZCZE

SACHARYDY

BIAŁKA

Kwasy tłuszczowe, glicerol

Glukoza, inne cukry

Aminokwasy

-utlenianie

glikoliza

Acetylokoenzym A

Acetylokoenzym A (acetylo-CoA)

O

P

O

O

O

N

O

N

N

OH

N

NH

2

O

P

O

O

O

O

O

P

O

C

H

3

C

S

O

N

H

O

N

H

O

OH

C

H

3

C

O

SCoA

Ac-CoA

=

Acetylo-CoA

cykl kwasu

cytrynowego

CO

2

energia

O

2

łańcuch oddechowy

ATP + H

2

O

ATP =
trifosforan
adenozyny

Wytwarzanie i zużywanie energii w organizmach żywych

Trifosforan adenozyny

ADP

ATP + H

2

O

Difosforan adenozyny

HPO

4

2-

, H

+

O

H

N

O

N

N

OH

N

NH

2

O

P

O

O

O

O

O

P

O

O

O

O

P

O

O

H

N

O

N

N

OH

N

NH

2

O

P

O

O

O

O

O

P

DLACZEGO UCZYMY

SIĘ CHEMII ŻYWNOŚCI?

Zmiany właściwości żywności

podczas przechowywania i

przetwarzania

Tekstura

• utrata

rozpuszczalności

• utrata zdolności

zatrzymywania

wody

• twardnienie

• mięknięcie

Zmiany właściwości żywności

podczas przechowywania i

przetwarzania

Zapach i smak

• jełczenie

• zmiana zapachu, smaku

podczas gotowania,

smażenia, pieczenia

• pojawienie się obcego

zapachu lub smaku

• pożądany zapach, smak

Zmiany właściwości żywności

podczas przechowywania i

przetwarzania

Kolor

• ciemnienie

• rozjaśnienie lub utrata

barwy

• pojawienie się pożądanego

koloru (np. brązowienie

pieczywa podczas wypieku)

Zmiany właściwości żywności

podczas przechowywania i

przetwarzania

Wartość
odżywcza

• utrata lub

zmniejszenie

przyswajalności:

białek

lipidów

witamin

innych ważnych dla

zdrowia składników

Zmiany właściwości żywności

podczas przechowywania i

przetwarzania

Bezpieczeństw

o

• powstawanie substancji

toksycznych

• deaktywacja substancji

toksycznych

• powstawanie substancji

korzystnych dla zdrowia
człowieka

Reakcje chemiczne i biochemiczne

wpływające na jakość i bezpieczeństwo

żywności

Nieenzymatyc

zne

brązowienie

Enzymatyczne

brązowienie

• Żywność pieczona

• Rozdrobnione

niektóre owoce i

warzywa

Reakcje chemiczne i biochemiczne

wpływające na jakość i bezpieczeństwo

żywności

Utlenianie

Hydroliza

• Jełczenie tłuszczów
• Degradacja witamin
• Odbarwienie pigmentów
• Utrata wartości

odżywczych białek

• Lipidy, białka,

węglowodany, pigmenty

Reakcje chemiczne i biochemiczne

wpływające na jakość i bezpieczeństwo

żywności

Obecność metali

Synteza i

degradacja

polisacharydów

• Kompleksowanie

antocyjanów

• Utrata magnezu z

chlorofilu

• Kataliza procesów

utleniania

• W surowcach

roślinnych po

zbiorze

Reakcje chemiczne i biochemiczne

wpływające na jakość i bezpieczeństwo

żywności

Izomeryzacja

lipidów

Utlenianie
i

polimeryzacja

lipidów

• Wiązania C=C

cis→trans,

niesprzężone→sprz

ę-żone

• Podczas smażenia

w głębokim

tłuszczu

Reakcje chemiczne i biochemiczne

wpływające na jakość i bezpieczeństwo

żywności

Denaturacja

białek

Sieciowanie

białek

• Koagulacja białka

jaja

• Deaktywacja

enzymów

• Utrata wartości

odżywczej

(przyswajalności)

WYKŁAD 2

Kaskadowy charakter procesów

zachodzących w żywności

Reakcja

pierwotna

(przyczyna)

Reakcja

wtórna

(proces

następczy)

Zmiana cech

żywności

(skutek)

Hydroliza
lipidów –

powstają wolne
kwasy

tłuszczowe

Kwasy
tłuszczowe

reagują z
białkami

Tekstura,
zapach, smak,

wartość
odżywcza

Hydroliza
polisacharydów

Monosacharydy
reagują z

białkami

Kolor, tekstura,
smak, zapach,

wartość
odżywcza

Kaskadowy charakter procesów

zachodzących w żywności (c.d.)

Rozdrobnienie
owoców

Rozpad komórek,
uwolnienie

enzymów, dostęp
tlenu

Tekstura, zapach,
smak, kolor,

wartość
odżywcza

Ogrzewanie
surowców

roślinnych

Rozpad komórek,
uwolnienie

kwasów org.,
deaktywacja

enzymów

Tekstura, zapach,
smak, kolor,

wartość
odżywcza

Ogrzewanie
tkanki mięśniowej

Denaturacja i
agregacja białek,

deaktywacja
enzymów

Kolor, tekstura,
smak, zapach,

wartość
odżywcza

Schemat oddziaływań składników

żywności

Sacharydy

Białka

Lipidy

Nadtlenki

Utlenione białka

Białka

Reaktywne zw.

karbonylowe

Pigmenty

Witaminy

Zw. smakowe,

zapachowe

zapach,
smak, kolor

utrata wartości
odżywczej,
utrata tekstury

reaktywność zależy
od a

w

i temperatury

O

2

, Δ

Kat.

kwas, zasada

Czynniki wpływające na trwałość

żywności podczas przechowywania

Cechy produktu

• Chemiczne właściwości

składników

• Zawartość tlenu
• Odczyn pH
• Aktywność wody
• Temperatura zeszklenia

(T

g

)

• Zawartość wody w

temp. zeszklenia

Warunki otoczenia

• Temperatura
• Czas
• Dostęp światła
• Skład atmosfery
• Obecność

zanieczyszczeń

• Chemiczne, fizyczne

lub biologiczne

warunki otoczenia

Skład chemiczny

surowców i

produktów

żywnościowych

Mleko i przetwory

Woda

Białko

Lipidy

Sacharyd
y

Mleko

82-88%

3-6%

3-6%

4-5%

Śmietana 25%

68%

3%

25%

4%

Twaróg

64%

14%

18%

2%

Ser twardy

35%

26%

32%

2%

Mleko w proszku

3%

26%

26%

38%

Produkty

białkowe

Woda

Białko

Lipidy Sacharyd

y

Mięso (wołowe,

cielęce, wieprzowe)

72-75%

20-

21%

3-7%

1%

Mięso drobiowe

75%

22%

3%

1%

Ryby: dorsz
śledź

81%
60%

18%
18%

<1%

16%

1%
1%

Jaja

74%

13%

12%

1%

Soja

44%

21%

30%

Produkty

sacharydowe

Woda

Białko Lipidy

Sacharyd

y

Ziarna zbóż,
przetwory zbożowe

13-15% 6-13%

1-4%

65-78%

Ziemniaki

75%

2%

<1%

22%

Miód

17%

<1%

83%

Nasiona roślin

strączkowych

30%

1-3%

55-63%

Produkty

lipidowe

Woda

Białko

Lipidy

Sacharyd
y

Oleje roślinne

<1%

>99%

Smalec

<1%

>99%

Masło,
margaryna

16-18%

0.5%

82%

0.5%

Orzech włoski

7%

17-

24%

60-

70%

Orzech laskowy

16%

60%

7%

Orzechy ziemne

30%

50%

14%

Warzywa i owoce

Woda Białko Lipid

y

Sacharyd

y

Składniki
mineralne

Warzywa

do
96%

3%

<1%

2-30%

zwykle

<9%

0.1-4.5%

Owoce

~1%

<1%

Ponadto: witaminy, barwniki, substancje zapachowe, kwasy organiczne

Woda w żywności

Struktura i właściwości

wody

• Struktura wody

• Energia wiązania wodorowego:

20 kJ/mol

• L. koord. O-H….O

• lód 4 0.276 nm

• woda 4.4 0.290 nm
(1.5ºC)

• woda 4.9 0.305 nm
(83ºC)

Właściwości fizyczne

wody

• Temperatura topnienia

0ºC

• Temperatura wrzenia

100ºC

• Ciepło właściwe 4 kJ/mol
• Ciepło parowania

2260 kJ/mol

• Ciepło topnienia

333 kJ/mol

• Napięcie powierzchniowe

0.072 N/m

• Stała dielektryczna (ε)

80

Rodzaje wody w

żywności

• Woda nie związana

(„wolna”) –
właściwości
podobne do
rozcieńczonych
roztworów soli,
połączona siecią
wiazań wodorowych,
ruchliwa

• Woda związana –

otaczająca
substancje
rozpuszczone lub
zawieszone, mniej
aktywna

• nie zamarza do

temperatury -40ºC

Aktywność wody

a

w

=

p

p

0

p – cząstkowa prężność pary wodnej nad żywnością w danej temp.

p

0

– prężność pary czystej wody w tej samej temp.

Zawartość wody i jej aktywność w

żywności

Zaw.wody

%

a

w

Zaw.wody

%

a

w

Owoce

90

0.97

Chleb

35-40

0.69

Warzywa

90

0.97

Dżem

30-35 0.82-

0.94

Soki

90

0.97

Miód

10-20

0.75

Jaja

70-80

0.97

Cukier

<10

0.10

Mięso

60-70

0.97

Płatki
zbożowe

<10

0.10

Sery
twarde

34-40

0.96

Owoce
suszone

20-25 0.72-

0.80

Strefy wartości a

w

• a

w

< 0.25; adsorpcja monomolekularna

• a

w

= 0.25-0.7; adsorpcja

wielowarstwowa

• a

w

> 0.7; woda wolna i związana

Przy a

w

< 0.6 nie rozwija się mikroflora