Woda w żywności

1. Jest najważniejszym związkiem chemicznym na naszej planecie

2. Jest jednym podstawowym elementem środowiska i odgrywa bardzo ważną rolę w życiu człowieka

3. Warunkuje życie świata roślinnego i zwierzęcego odgrywając podstawową rolę w procesach życiowych

4. Jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem i czynnikiem dyspergującym

5. Jest jedną substancją występującą w trzech stanach skupienia

6. Bierze udział w cyklu hydrolitycznym

Podział wód naturalnych (użytkowych):

1. Opadowe- z deszczu lub topniejącego śniegu, zawierają znaczne ilości rozpuszczonych jonów zanieczyszczeń atmosfery, jest to z reguły woda miękka, słabo zmineralizowana a przez to niesmaczna

2. Powierzchniowe- stawy, jeziora, rzeki, ilość i skład ulegają znacznym wahaniom w zależności od wielu czynników takich jak gleby, opady, topografia terenu, pory roku, zanieczyszczenie środowiska. Jest to głównie źródło wody użytkowej mimo iż najczęściej zawierają ścieki przemysłowe, rolnicze i komunalne.

3. Podziemne- dzielimy na wody:

- zaskórne- znajdują się na głębokości kilku metrów, często zanieczyszczone substancjami przenikającymi z powierzchni i górnych warstw gleby zwykle nie nadają się do picia.

- gruntowe- znajdują się na głębokości 8-10m zgromadzone na drugiej warstwie nieprzepuszczalnej stanowią główne źródło indywidualnego zapotrzebowania ludności na wodę. Są przeważnie dostatecznie oczyszczone lecz wymagają stałej kontroli. Mogą być spożywane w stanie surowym

- głębinowe- znajdują się na głębokości poniżej 15-20m w stałym składzie chemicznym i bakteriologicznym.

Klasy czystości wody

Istnieje podział jakości wód powierzchniowych na 5 klas czystości. Wody klasy czystości od I do IV spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia.

Jakość i bezpieczeństwo wody pitnej

Woda jest bezpieczna dla zdrowia ludzkiego jeżeli woda jest wolna od mikroorganizmów chorobotwórczych i pasożytów w liczbie stanowiącej potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, substancję chemiczną w ilościach zagrażających zdrowiu oraz nie ma agresywnych właściwości korozyjnych i spełnia:

1. Podstawowe wymagania mikrobiologiczne określone w załączniku nr 1 do rozporządzenia

2. Podstawowe wymagania chemiczne określone w załączniku nr 2 do rozporządzenia.

Uzdatnianie wody

Jest to proces mający na celu doprowadzenie jakości wody surowej pobranej z dostępnego źródła do wymagań stawianych przez rozporządzenie ministra zdrowia z dnia 9.03.2007r w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi poprzez poddawanie jej określonym procesom jednostkowym. Pod tym pojęciem rozumie się zespół procesów fizycznych, fizyko-chemicznych, chemicznych mających na celu dostosować skład i właściwości wody do celów którym ma ona służyć.

Procesy uzdatniania wody:

1. Usunięcie zanieczyszczeń mechanicznych

2. Usunięcie zanieczyszczeń mikrobiologicznych ( dezynfekcja)

3. Odmineralizowanie wody (odżelazianie, odmanganianie)

4. Odkwaszenie wody tj. usuwanie z niej składników kwaśnych

5. Zmiękczanie wody

Ad. 1. Użycie filtrów naturalnych: żwirowych i piaskowch

Ad. 2. Usunięcie zanieczyszczeń mikrobiologicznych ( dezynfekcja), najczęściej wykonuje się nią poprzez:

- chlorowanie- chlor gazowy lub jego związki. Proces chlorowania trwa ok. 30min przy stężeniu przeciętnym 5mg CL/ dm3 wody. Poziom chloru w miejscu czerpania wody nie powinien przekraczać 0,3-0,5mg/litr

Dezynfekująco działają także manganian potasu, nadtlenek wodoru.

- ozonowanie - ozon to najsilniejszy środek dezynfekujący i utleniający stosowany w uzdatnianiu wody. Polega na rozpuszczaniu przez wodę powietrza nasyconego ozonem, stosowany jest głównie do dezynfekcji wody zawierającej znaczne ilości fenoli, w celu uniknięcia niekorzystnych zmian organoleptycznych, a także do uzdatniania wody w basenach kąpielowych, ogrodach zoologicznych w przypadku takich obiektów jak delfinaria lub duże akwaria

- katadynowanie- to metoda jednorazowej dezynfekcji wody jonami srebra lub miedzi stosowana w studniach lub zbiornikach wodnych. Sole srebra działają bakteriobójczo, jony miedzi niszczą glony zapobiegając zarastaniu zbiorników roślinnością

- termiczna dezynfekcja- ogrzewanie wody do temperatury 75st, jest skuteczna bez względu na jakość wody. Ze względu na wysokie koszty stosuje się nią głównie do dezynfekcji systemów rurowych i wody w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym.

- naświetlanie światłem UV - nie wprowadza żadnych zmian środków chemicznych, nie zmienia smaku ani zapachu wody oraz nie grozi przedawkowaniem środka dezynfekującego. Skuteczność dezynfekowania zależy od skażenia mikrobiologicznego wody przeznaczonej do dezynfekcji. Stosowana dezynfekcyjna zależy od skażenia mikrobiologicznego wody przeznaczonej do dezynfekcji. Stosowana do uzdatniania wody pitnej i ścieków a także w przemyśle spożywczym.

- sterylna filtracja - sączenie wody przez filtry bakteryjno- drobnoporowate, ze względu na wysokie koszty znajduje tylko zastosowanie w medycynie i farmacji. W tym celu stosuje się membranę o wielkości porów <0,5um, taką uproszczoną wersję ultrafiltracji mamy do czynienia w gospodarstwach domowych stosując małe filtry do wody pitnej.

Ad. 3. Odmineralizowanie wody:

- głównie odżelazianie i odmanganianie wody, ponieważ sole żelaza nadają wodzie żółte zabarwienie i nieprzyjemny smak i umożliwiają rozwój wielu bakterii i glonów powodując zatykanie przewodów wodociągowych

- odżelaziania wody jest utlenianie jonów Fe(II) rozpuszczone w wodzie do Fe(III) nierozpuszczalne w wodzie i usunięcia wytrąconych związków Fe(OH)3.

I etap polega na napowietrzenie wody w celu wytrącenia wodorotlenku żelazowego, który w postaci większych cząsteczek na zasadzie sedymentacji w postaci osadu opada na dno zbiornika i jest usuwany, mniejsze cząsteczki są usuwane w procesie filtracji.

- odmanganianie Przeprowadzenie wody w obecności katalizatora przez filtry żwirowe i wytrącenie manganu w postaci nierozpuszczalnej w wodzie związków. Skuteczność odmanganiania zależy od pH wody. Najkorzystniej przebiega ono przy pH >10 przy którym związek manganu hydrolizują Mn(OH)2

Ad. 4. Odkwaszanie wody:

Usuwanie z wody składników kwaśnych głównie CO2, ma na celu pozbawienie wody właściwości agresywnych a więc zabezpiecza przed korozją rurociągów, pomp, zbiorników czy zaworów. Usuwanie CO2 można przeprowadzić metodami fizycznymi: napowietrzanie, ogrzewanie, i chemicznymi: wiązanie CO2 z mlekiem wapiennym, wodorotlenkiem Ca lub węglanem wapnia.

Ad. 5. Zmiękczenie wody:
- polega na zwalczaniu wytrącającego się z wód kamienia wodnego i kotłowego. Zmiękczenie polega na usuwaniu głównie jonów wapnia i magnezu które występują w postaci węglanów (twardość węglanowa) lub w postaci chlorków i siarczanów (twardość niewęglowa)

- aby zapobiec zakamienieniu dodaje się różne substancję chemiczne, polikrzemiany lub wytrąca się kontrolowanie powstałe osady w miejscach do tego przeznaczonym.

Metody stosowane w zmiękczaniu wody:

1. Jonowymienne

2. Magnetyczne uzdatnianie wody metodą CEPI

3. Za pomocą fal elektromagnetycznych

Ad. 1. Usuwanie twardości na drodze wymiany jonowej. Podczas przepływu wody przez żywicę jonowymienną powoduje twardość jony magnezu i wapnia są wymieniane na jony sodu. Zmiękczenie jest skuteczne i długoterminowe.

Ad. 2. CEPI polega na przepuszczaniu wody przez rury w których zamontowano urządzenia do wytwarzania pola magnetycznego i odpowiednich parametrach.

Ad. 3. Polega na przekazywaniu do cieczy unikalnych kombinacji fal radiowych o niskiej częstotliwości przez anteny owinięte na rurach. Wytworzona w ten sposób pętla indukcyjna powoduje że wapń i magnez mają ładunek pozytywny podobnie też inne molekuły co sprawia że odpychają się od siebie zabezpieczając przed tworzeniem kamienia wapiennego.

Woda wewnątrzkomórkowa

W żywej komórce stanowi ok. 70% masy i jest roztworem zawierającym dziesiątki tysięcy różnych substancji takich jak: jony nieorganiczne, związki organiczne o małym ciężarze cząsteczkowym i rozpuszczalne makrocząsteczki. Ma inne właściwości niż czysta woda ciekła. Temperatura całkowitego wymrożenia wody wewnątrz cząsteczkowej wynosi od -70ºC do -50ºC. Trudno ją usunąć.

3 rodzaje wody

1. Wolna- rozpuszczalnik dla zawartych w produkcie substancji organicznych i w związkach mineralnych oraz bierze bezpośredni udział w przemianach fizykochemicznych. Wydziela się łatwo z produktu pod wpływem czynników zewnętrznych np. wskutek sublimacji z powierzchni produktów zamrożonych oraz jako wyciek podczas ich zamrażania.

2. Swobodna- związana jest z siatką przestrzenną struktury tkankowej przez mostki wodorowe oraz siły elektrostatyczne i stanowi większość wody wchodzącej w skład produktów. Ma charakter rozpuszczalnika i uczestniczy w przemianach fizykochemicznych. Proporcje wody wolnej i swobodnej zmieniają się w dużym zakresie pod wpływem różnych czynników w okresie przetwarzania i przechowywania żywności.

3. Hydrostatyczna- związana adsorpcyjnie z jonami i grupami polarnych białek i sacharydów. Nie uczestniczy w przemianie fazowej podczas zamrożenia. Udział tej wody jest stosunkowo stały i wynosi 4-10% ogólnej ilości wody związanej z produkcją.

Aktywność wody:

p/p0= n2/nl+n2 = aw

p i p0- odpowiada prężności pary r-ru i czystego rozpuszczalnika w danej temp.

nl i n2- stężenie molowe substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika

aw- aktywność wody

• aw może przyjmować wartość od 1,0 dla czystej wody do 0,0 dla środowiska o nieskończenie małej ilości wody

• aw jest miarą zawartości wody wolnej w danym materiale

• aw kształtuje więc trwałość żywności, określa np. możliwość mikroorganizmów. Drobnoustroje nie mogą rozmnażać się gdy aw<0,6, większość drobnoustrojów wymaga większej aktywności aw>0,8.

Reakcje enzymatyczne a aktywność wody

• szybkość r-cji enzymatycznych zależy od aw i zwiększa się wraz z jej wzrostem

• gdy aw<0,3 szybkość r-cji hydrolizy enzymatycznej staje się nieistotna

• działanie enzymów: amylazy, fenyloksydazy, peroksydazy jest hamowanie gdy aw<0,8

• r-cje Maillarda zachodzą wolno przy małych wartościach aw, szybkość wzrasta do max przy średniej wilgotności aw=0,6-0,7 i zmniejsza się przy danym wzroście.

Metody obniżania aktywności wody w produktach spożywczych

Zakres przemian fizycznych, chemicznych i mikrobiologicznych zachodzących w czasie przetwórstwa i przechowywania o żywności można ograniczyć przez daleko posunięte odwodnienie środowiska. Pod tym pojęciem rozumieć należy zmiejszenie zawartości wody wolnej w związaną. Osiągamy to przez zamrażanie, suszenie, wędzenie i trwałe wiązanie wody.

Izoterma sorpcji

• Zależność pomiędzy wilgotnością materiału i aktywności wody w danej temperaturze

• Izotermy kontrujemy wykorzystując proces dehydratacji lub powtórnej hydratacji produktu uprzednio wysuszonego

• Izoterma desorpcji ma inny przebieg niż izoterma sorpcji

• Izotermy sorpcji większości produktów żywnościowych charakteryzują się występowaniem pętli histerezy

Histereza izoterm sorpcji wody

• Strefa I – aw<0,25 adsorpcja molekularna, najsilniej związana - zachowuje się jak część substancji stałej. Charakteryzuje małą ruchliwością, nie zamarza w temp. -40C,nie jest dosptępna jako rozpuszczalnik, nie ma właściwości zmiękczających.

• Strefa II – aw=0,25,0,7 adsorpcja wielowarstwowa, większość H2O nie zamapza w temp. -40C, ale gdy aw zbliża się do 0,7następuje pęcznienie i zmiękczanie substacji oraz rozpuszczalnych niektórych składników.

• Strefa III – aw >0,7 zawiera H2O najsłabiej związaną, ta frakcja H2O podlega zamarzaniu, jest dostępna jko rozpuszczalnik, umożliwia przemiany chemiczne i biochemiczne oraz rozwój drobnoustrojów.

W żywności o dużej wilgotności woda I i II stanowi ok. 5%, a woda III 95%.

Wykorzystywanie izotermy sorpcji w praktyce

• Umożliwia określenie końcowego produktu suszenia odpowiadającego pożądanej aktywności wody produktu końcowego.

• Znajomość produkty przy znanej wilgotności krytycznej produkcji w danej temperaturze umożliwia określenie maksymalnej wilgotności powietrza suszącego w suszarkach konwencjonalnych lub maksymalne ciśnienie przy suszeniu próżniowym lub sublimacyjnym.

• Określenia higroskopijności wieloskładnikowych suchych produktów spożywczych

• Izotermy adsorpcji określa wzrost zawartości wody w suchym produkcie a izoterma desorpcji zmniejszenie wilgotności w produktach o większej aktywności wody

• Znajomość izoterm sorpcji jest potrzebna do zapewnienia odpowiednich warunków przechowywania żywności suchej.

Wpływ procesów technologicznych i przechowywania na jakość tłuszczów

Utwardzanie olejów

• Utwardzenie jest metodą przekształcania olejów w tłuszcz który w temperaturze pokojowej ma konsystencję stałą i jest niezbędny do wyrobu margaryny, tłuszczów piekarskich, kuchennych itp.

III metody utwardzania

I - Uwodornienie pewnej ilości lub wszystkich podwójnych wiązań zawartych w tłuszczach

II - Przeestryfikowanie tłuszczem wysokotopliwym tłuszczu niskotopliwego

III - Izomeryzację

I Uwodornienie - proces technologiczny polegający na ogrzewaniu tłuszczu w temperaturze 180-200st C przez kilka godzin przy nadciśnieniu wodoru. Katalizatorem procesu są najczęściej mrówczan niklu lub specjalnie preparowane sole miedzi i chromu. Po zakończeniu procesu katalizator oddziela się przez filtrację.

Zabieg ten wywołuje znaczne zmiany w tłuszczu:

1. Obniża się wartość biologiczna tłuszczu;

2. Kosztem wielonienasyconych kwasów tłuszczowych wzrasta zawartość kwasów nasyconych i jednonienasyconych;

3. Następują zmiany izomeryzacyjne z wytworzeniem izomerów położeniowych i stereoizimerów.

II Estryfikacja- proces technologiczny mający na celu zmianę właściwości fizycznych tłuszczu, polegającym na wzajemnej wymianie reszt kwasów w cząsteczkach tłuszczu. W procesie tym w skałd kw. tłuszczowych praktycznie nie ulega zmianie i nie zachodzą izomeryzacyjne. Zmienia się skład glicerydowy mieszaniny tłuszczu poddanej przeestryfikowaniu. Powstają nowe glicerydy, które posiadają zmienione cechy fizyczne.

III Izomeryzacja- polega na migracji wiązań podwójnych nienasyconych kw. Tłuszczowych wzdłuż łańcucha węglowodorowego i równocześnie na zmianie konfiguracji przestrzennej wiązań podwójnych z naturalnej cis na trans

Forma cis jest charakterystyczna dla większości lipidów występujących w przyrodzie. NNKT są aktywne biologicznie wyłącznie w formie CIS. Margaryny i inne produkty tłuszczowe w skład których wchodzą tłuszcze utwardzone, zawierają zawsze pewien procent kwasów nienasyconych w formie trans.

Przemiany tłuszczów podczas przechowywania

• Są nietrwałymi składnikami żywności ulegającymi różnym zmianami jej przechowywania, zmiany te określane popularnie jełczeniem.

• Niepożądanym przemianom w czasie przechowywania podlegać będą nie tylko produkty spożywcze będące tłuszczami jadalnymi ale także produkty zawierające tłuszcz ukryty i to zarówno te bardzo tłuste jak mięso wieprzowe, ser.

• Tłuszcze podlegają wielorakim przemianom a ich końcowe produkty odznaczają się bardzo negatywnym oddziaływaniem w technologii produkcji potraw i w żywieniu człowieka.

• Przemiany zachodzące w tłuszczach podczas przechowywania mogą być spowodowane czynnikami biochemicznymi lub chemicznymi.

• Przemiany biochemiczne zachodzące w tłuszczach pod wpływem enzymów obecnych w surowcach roślinnych i zwierzęcych oraz enzymów wytwarzanych przez drobnoustroje rozwijające się w produktach spożywczych, mogą prowadzić do:

- hydrolizy wiązań

- utlenienia kwasów tłuszczowych pod wpływem enzymów utleniających

Przemiany biochemiczne

Hydroliza - odpowiedzialne za nią są enzymy – lipazy, które mogą być aktywne w niektórych nieprzetworzonych surowcach powodując w konsekwencji uwalnianie kwasu tłuszczowego. Z żywieniowego punku widzenia przemiany hydrolityczne nie są niezbędne, mogą obniżyć jakość sensoryczną żywności, dotyczy to zwłaszcza tych tłuszczy które zawierają kwasy tłuszczowe krótkołańcuchowe charakteryzujące się nieprzyjemnym zapachem i smakiem. Są one w większych ilościach obecne w tłuszczu mleka, toteż psucie się śmietany, serów czy masła jest jako jełczenie hydrolityczne.

Utlenianie - zachodzi pod wpływem enzymów utleniających np. lipooksygenan, obecnych w wielu nieogrzewanych surowcach roślinnych. Konsekwencją utleniania są zmiany smaku, zapachu i barwy produktu.

Przemiany chemiczne

• Zachodzą bez udziału czynników biologicznych, mają także charakter hydrolityczny lub oksydatywny.

• Hydroliza tłuszczów ma mniejsze znaczenie w przechowalnictwie żywności niż hydroliza enzymatyczna. Duża rola w procesach smażenia potraw.

Utlenianie kwasów tłuszczowych bez udzaiału enzymów - autooksydacja

Jełczenie oksydatywne - zmiana smaku i zapachu tłuszczy.

Autooksydacja

• Przemiany tłuszczów polegające na ich reakcji z tlenem atmosferycznym przy czym produkty tych przemian same katalizują przebieg tych przemian.

• Rozpoczęty proces utleniania tłuszczy jest bardzo trudny do zahamowania, ponieważ nawet niewielka część utleniających się tłuszczów prowadzi do powstania niestabilnych pierwszych produktów utleniania – nadtlenków, ulegają one rozpadowi do wolnych rodników.

• Powstające wolne rodniki rozpoczynają szereg chemicznych r-cji z niezmienionymi kwasami tłuszczowymi, wywołując ich spontaniczne łączenie z tlenem i powstawanie kolejnych wolnych rodników – łańcuch autooksydacyjny

W przebiegu autooksydacji wyróżniamy 3 etapy

1. Inicjacja (okres indukcji) - oderwanie wodoru i utworzenie węglowego rodnika alkilowego w obecności inicjatora. Okres ten charakteryzuje się nieznanymi przemianami w tłuszczach, zachodzi tu bardzo powolne gromadzenie się substancji nadtlenków i stopniowe pochłanianie tlenu. W tym okresie nie zauważa się istotnych mian cech organoleptycznych.

RH → R● + H●

2. Propagacja (okres gwałtownego pochłaniania tlenu) - reakcja rodnika z tlenem i utworzenie rodnika nadtlenowego, który następnie reaguje z nienasyconym lipidem i tworzy się wodorotlenek oraz nowy wolny rodnik lipidowy.

R● +O₂ → ROO●

ROO● + RH → ROOH + R●

Nowo powstały rodnik reaguje z tlenem tworząc nowy rodnik nadtlenowy. Reakcja ta prowadzi do wytworzenia dużej ilości nadtlenków które można już ograniczyć chemicznie, nie wywołują istotnych zmian smaku i zapachu.

Dopiero w 2 etapie propagacji (okres rozpadu nadtlenków) dochodzi do rozrywania długich łańcuchów kwasów tłuszczowych i powstania produktów tj: aldehydy, ketony, kwasy, węglowodory, alkohole i inne związki które są lotne, zmieniającymi smak i zapach, dlatego ich nadmierne nagromadzenie w produktach tracą przydatność do spożycia stając się zjełczałe.

3. Terminacja (okres polimeryzacji i kondensacji produktów utleniania) - rozpoczyna się gdy nastąpi duże nagromadzenie produktów utleniania, które wchodzą ze sobą w reakcje prowadzące do powstania związków nierodnikowych o wysokiej masie cząsteczkowej. Jest to zakończenie łańcucha autooksydacji, objawiające się wzrostem lepkości tłuszczów, który ze względu na smak i zapach nie nadaje się do spożycia.

R● + R● → RR

ROO● + R● → ROOR

ROO● + ROO● → ROOR + O₂

Autooksydację przyspiesza

• światło, promieniowanie UV

• podwyższona temperatura

• zanieczyszczenie składnikami metali (żelaza, miedzi)

• barwniki naturalne (chlorofil hemoglobina)

• produkty utlenienia innych związków (nadtlenki i wolne rodniki)

Wszystkie czynniki przyspieszające utlenianie to prooksydanty, opóźniają antyoksydanty

Konsekwencje zdrowotne procesu autooksydacji

• pogorszenie smaku i zapachu

• powstawanie związków toksycznych

• powstawanie kompleksów pomiędzy produktami utleniania tłuszczów a białkami w tym tzw. reakcję sieciujące, które powodują obniżenie wartości biologicznej białka

• zmiana barwy w wyniku utleniania barwników naturalnych jak i tworzenie się nowych

• obniżenie wartości odżywczej produktów wskutek utleniania witamin(A, D, E, B6)

• obniżenie wartości odżywczej tłuszczów przez obniżenie zawartości NNKT

Ograniczanie zmian w przechowywanych tłuszczach

• Jełczenie hydrolityczne tłuszczów można łatwo ograniczyć przechowując je w warunkach uniemożliwiających działanie enzymów – obniżona temp.

- dobrym przykładem jest masło

- zniszczenie enzymów przez pasteryzację lub blanszowanie produktów, które je zawierają

• Jełczenie oksydacyjne jest praktycznie niemożliwe do wyeliminowania

- przechowywanie w obniżonej temperaturze

- przechowywanie tłuszczów bez dostępu do światła

- właściwe pakowanie żywności

- dodawanie przeciwutleniaczy do produktów

Substancje nieodżywcze występujące w żywności

Cyjanowodór HCN Bezbarwny gaz o zapachu gorzkich migdałów, temperatura wrzenia 26C i zamarzania -14C, łatwo rozpuszczalny w wodzie i alkoholu. Występuje ok. 150 gatunków roślin z rodziny różowatych w ok. 100 gatunkach traw i 80 gatunkach strączkowych, najczęściej w postaci heterozydów. Jest silna trucizną LD 50, Jego działanie polega na blokowaniu enzymów oddychania tkankowego.

Glukozydy cyjanogenne

Amygdalina- występuje w gorzkich migdałach i pestkach wiśni, śliw, brzoskwiń i moreli nadając im gorzki smak i aromat. W owocach stwierdza się cyjanowodór w ilościach 1,5-2,5mg/kg. W konserwach tych owoców 0,012-0,13mg/kg a w kompotach ok. 0,01-0,398mg/kg.

Linamaryna- glukozyd wyizolowany z nasion lnu, gdzie wytwarza się przejściowo podczas kiełkowania. Wyodrębniony także z gatunku fasoli często uprawianej spożywczo w Polsce.

Kumaryna- związek organiczny z grupy laktonów o przyjemnym zapachu świeżego siana. Wykryto w ponad 80 gatunkach roślin z rodzin motylkowatych, strączkowych i trwa. Inhibitor kiełkowania nasion. Występuje w turówce wonnej, gatunku trawy nazywanej potocznie żubrówka stosowaną jako przyprawa do wódki. Zawiera ją również cynamon.

Glikozydy

Wicyna, kunwicyna należą do glikozydów pirymidynowych które są odpowiedzialne za powstawanie choroby zwanej fawizmem czyli anemii charakterystycznej dla niektórych grup etnicznych. Główne źródła: bób, bobik, nasiona roślin strączkowych.

Saponina- tworzą stabilną pianę działającą emulgująco - wykorzystuje się je w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. Zawiera je 28 gatunków roślin z których 17 jest wykorzystywanych w żywieniu człowieka. Należą do nich rośliny strączkowe np. soja. Obniżają poziom cholesterolu we krwi. W przypadku uszkodzenia przewodu pokarmowego sapaniny mogą przechodzić do krwioobiegu w wyniku czego następuje uszkodzenie wątroby, hemoliza czerwonych ciałek krwi, niewydolność oddychania, konkluzje a nawet śpiączkę.

Solanina- organiczny związek chemiczny silnie toksyczny. W znacznym stężeniu występuje w pędach ziemniaka oraz niedojrzałych bulwach ziemniaka. Powoduje zatrucia pokarmowe. Objawy zatrucia mogą już wystąpić gdy zawartość solaniny przekroczy 0,02%. Objawy to mdłości, biegunka, kolka, wymioty.

Związki azotowe

hemoglutyniany, inhibitory trypsyny i amylaz, aminy biogenne

Hemoglutyniany- znane lektynami, zmniejszają absorpcję składników odżywczych w przewodzie pokarmowym co w konsekwencji prowadzi do zahamowania wzrostu mają także zdolność aglutynacji czerwonych krwinek. Występują w: fasoli, grochu, soczewicy, bobiku. Kiełkowanie nasion roślin strączkowych powoduje gwałtowny spadek aktywności lektyn. Hemoglutyniny są czynnikami termolabilnymi pod wpływem wysokiej temperatury znaczne ich części ulegają zniszczeniu.

Inhibitory trypsyny- białka biologicznie czynnie, bardzo bogate w cystynę. Należą do albumin łatwo rozpuszczalnych w wodzie. Ich antyżywieniowe działanie polega na tworzeniu nieaktywnych połączeń z enzymami trawiennymi - trypsyną i chymotrypsyną co jest przyczyną mniejszej swoistości białka. Źródła: soja i inne strączkowe, szpinak, gorczyca, kalafior, sałata, ziemniaki, kukurydza, buraki, orzechy ziemne. Inhibitory trypsyny są łatwo niszczone w czasie ogrzewania, kiełkowania, fermentacji.

Substancje wolotwórcze

Goitryna – glukozyd wyizolowany z roślin strączkowych. Prowadzi do zaburzenia funkcjonowania tarczycy i powstawania wola. Obecność goitryny stwierdzono w kapuście, soi, orzechach ziemnych, mleku krów karmionych paszą zawierającą wołowinę.

Substancje powodujące latyryzm

Ich działanie polega na zaburzeniu ruchu, chwiejny chód, niedowład, zaburzenia wzrostu chrząstki i kości.

Związki wpływające na gospodarkę mineralną

Fityniany – sole kwasu fitynowego, występujące w roślinach, wpływają niekorzystnie na przyswajalność składników mineralnych: Ca, Mg, cynku, Fe. Obniżają wartość odżywczą białek; są nierozpuszczalne w normalnych warunkach; ich zawartośc zależy od odmiany roślin, warunków uprawy i klimatu; źródła: rzepak, sezam, soja, fasola; nie występują w owocach

Kwas szczawiowy – tworzy nierozpuszczalne sole z Ca, Mg, i metalami ciężkimi. Nadmierne ilości powodują zaburzenie gospodarki wapniowej i uszkodzenie nerek. Jest b. szkodliwy dla dzieci. Zatrucie nim polega na wiązaniu jonów Ca, co prowadzi do tężyczki, hipokalemii. Zatrucie ostre – nudności, wymioty, biegunka; mocz jest ciemny, zawiera bialako hemoglobinę i kryształki szczawianu Ca. Odtrutka – mleko. Występuje w: szpinaku, szczawiu, rabarbarze, burakach, kalafiorach, bananach, herbacie, kawie. Jest rozpuszczalny w wodzie, podczas gotowania przechodzi do roztworu.

Alkaloidy

antywitaminy, awidyna

Atropina – występuje w owocach wilczej jagody, nasionach bielunia; wchłania się szybko i łatwo, działa po 15-60 min po spożyciu; w ustroju częściowo się rozkłada, wydala się go z moczem. Objawy: silne pobudzenie ruchowe, omany wzrokowe i słuchowe, zaparcia, porażenie akomodacji oka, suchośc błon śluzowych, wyższa temperatura.

Tenulina – Występuje w życicy – chwast zbóż; zatrucia po spożyciu chleba sporządzonego z mąki zanieczyszczonej; objawy zatrucia: zaburzenia układu nerwowego, odurzenie.

Muskaryna – alkaloid grzybów: muchomora czerwonego, strzępiaków, lejkówek i gołągka ceglastego. Silne dziąlnei toksyczne, działa p o15-30 min po spożyciu. Zatrucie objawia się mdłościami, wymiotami, ślinieniem, łzawieniem, biegunką trudności z oddychaniem, utrzymuje się ok. 2 dodzin.odtrutka – atropina.

Zamienniki tłuszczu

Zastępują tłuszcz, otrzymywane przez obróbkę naturalnych produktów: białko jaja, serwatka, owies. Celem jest uzyskanie właściwości sensorycznych cechujących tłuszcz o mniejszej ilości kalorii. Cechy dobrego zamiennika to: pożądane właściwości sensoryczne; 90% eliminacja tłuszczu; niska kaloryczność i zawartość cholesterolu; wysoka wydajność produkcji. Są wypełniaczami; stabilizatorami; czynnikami żelującymi; wpływają na teksturę; utrzymują wilgotność; dostarczają wrażeń smakowych.

Surowce do produkcji zamienników tłuszczu są białka i węglowodany.

Bazę mogą pełnić składniki syntetyczne, użycie ich wymaga zakwalifikowanie tych składników przez Ministerstwo Zdrowia do substancji bezpiecznych dla zdrowia.

Wyróżniamy zamienniki: 1. Tłuszczowe 2. Białkowe 3. Węglowodanowe

Zamienniki tłuszczowe

Makrocząsteczki o budowie fizycznej i chemicznej podobnej do trójglicerydów otrzymywane są: na drodze syntezy chemicznej; poprzez wyodrębnienie z konwencjonalnych tłuszczów i olejów, a następnie przyłączane do innego składnika np. sacharozy.

Do zamienników tych należą: DDA – ester tłuszczowy kwasu molonowego i alkilomalonowego; Olestra – poliester sacharozy; EPG – zestryfikowane glicerole tlenku propylenu; TATCA – ester kwasu trójkarboksylowego.

Cechy: możliwość zastąpienia tłusczu w stosunku 1:1; wysoka termostabilność;

Znajdują zastosowanie w produkcji: pieczywa, wyrobów mlecznych i mięsnych, chipsów, sosów, żelatyny, budyniu, cukierków.

Ad. 2 i 3 Produkty imitujące organoleptyczne i fizyczne właściwości tłuszczu. Nie posiadają zdolności zastąpienia tłuszczu w 100%; maja niską odporność na temp. ponieważ mają duże zdolności wiązania wody oraz podatność na denaturację i karmelizację co jest ograniczeniem w zastosowaniu.

Zamienniki białkowe

Produkty z jaja, mleka, serwatki, soi, żelatyny, glutenu pszennego. Otrzymuje się je poprzez poddaniu białka procesom mikrocząsteczkowania - wstrząsanie połączone z ogrzewaniem, w wyniku którego tworzą się mikroskopijne formy skoagulowanego białka wokół zdeformowanych jego cząsteczek. Proces ten nadaje produktowi właściwości emulsji – konsystencji właściwej tłuszczom, a także odpowiednie wrażenie smakowe o dużej intensywności. Należą do nich: Simplesse – białko uzyskane z białka serwatki, mleka i jaj; Dairy Lo – skoncentrowane białko mleka uzyskane przez kontrolowana termiczną denaturację; K-Blazer; Ultra-Bake.

Ulegają trawieniu; ich kaloryczność to 1-4 kcal/g;

Stosowane do produkcji: serów, majonezów, masła, lodów, jogurtów, wyrobów piekarniczych

Zamienniki węglowodanowe

Zapewniają strukturę charakterystyczną dla tłuszcu spełniając jednmocześńie rolę czynników zagęsczających, wypełniających, stabilizującychi utrzymujących wilgotność. Zaliczamy do nich: gumy, skronie modyfikowane, celulozę , alkohole wielowodorotlenkowe, polidekstrozę, dekstrynę tapikową, inulinę, włókna, maltodekstryny.

Skrobia modyfikowana – pełni ważna funkcję w kreowaniu ztruktury żywności. Wykorzystywana jest w żywności o obniżonej kaloryczności, np. skrobia ryżowa – przy produkcji chipsów, wyrobów cukierniczych i piekarniczych; woskowa skrobia ryżowa – wyroby mrożone.

Inulina – wyekstrahowana z cykorii; kaloryczność 1kcal/g. Korzyści to: redukcja cholesterolu, normalizacja poziomu glukozy i tłuszczu w surowicy krwi, stymulacja rozwoju pożytecznych białek jelitowych. Stosowana jako wypełniający i włóknotwórczy czynnik w produkcji deserów mrożonych, wyrobów piekarniczych i mlecznych.

Wpływ procesów technologicznych na wartość odżywczą białka

Modyfikacja fizyczna

Ekstruzja – proces w którym substancje bialkowe poddaje się połączonemu oddziaływaniu wody, ciśnienia, ciepła i sił mechanicznych. Następuje częściowy rozkład łańcuchów na podjednostki, które następnie odtwarzają nowe międzycząsteczkowe wiązania peptydowe, wodorowe i disulfoidowe. Zwiększa strawność i jakość białka i poprawia właściwości funkcjonalne.

Modyfikacja chemiczna

Metoda bursztynylacji – białka poddaje się procesowi acylacji w środowisku słabo zasadowym, najczęściej bezwodniekiem kwasu bursztynowego lub octowego. Zwiększa się rozpuszczalność o wodochłonność białka oraz zdolności emulgacyjne i pianotwórcze. Metoda ta blokuje lizynę i obniża wartość odżywczą białka.

Metoda fosforyzacji- wprowadza nieznaczne zmiany w cząsteczce białka, ograniczone do zwiększenia ładunków ujemnych. Do fosforyzacji biąłek stosuje się polifosforany, pochodne kwasu ortofosforowego oraz TMFS-trójmetafosforan sodu. Proces przy użyciu TMFS nie ma niekorzystnego wpływu na przyswajalność białek.

Metoda sulfonolizy – redukcja wiązań disulfidowych, następnie przekształcenie uwolnionych grup w pochodne sulfonowe, które nie mają negatywnego wpływu na wartość odżywczą białka. Do redukcji stosuje się siarczan sodowy, a utlenianie prowadzi się za pomocą tlenu cząsteczkowego.

Modyfikacja enzymatyczna ma na celu zmianę właściwości funkcjonalnych białek, zwiększenie wydajności procesu otrzymywania, preparatów białkowych.

Z użyciem proteinaz: pepsyny, trypsyny, chymotrypsyny.

Żywność zawierająca białka modyfikowane enzymatycznie ma służyć jako suplement diety dla sportowców.

Woda: powstanie tzw. gorzkich peptydów. Gorzki smak eliminuje się bądź redukuje za pomocą metody plasteinowania.

Metoda plasteinowania – przebiega w 2 etapach i sprowadza się kolejno do hydrolizy bialka, następnie syntezy uwolnionych składników prowadząc do uzyskania trudno rozpuszczalnego osadu plasteinę.

Przemiany białek w procesach produkcji

Uwodnienie – Hydratacja

1. Białka dzięki budowie mają silne właściwości wiązanie wody

2. Jej ilość utrzymania w stosunku do białek może dochodzić do 10g/g białka.

3. Wpływa na soczystośc, twardość, zwięzłość.

4. Dodatek soli zwiększa wodochłonność

- uwodnienie wiąże się z wodochłonnością oraz zdolnościami utrzymywania wody.

- decyduje o wydajności w przemyśle spożywczym

- białka – zdolność wiązania znacznych ilości wody dzięki zawartości w łańcuchu polipeptydowym licznych grup polarnych

- woda dzięki malej masie cząsteczkowej może wnikać do wnętrza przestrzennie zbudowanej helisy

- grupy polarne wiążą wodę w zależności od stopnia dysocjacji tych grup

- im bardziej rozdrobniony produkt tym zawarte w nim białka wiążą większe ilości wody oraz utrzymują jej więcej podczas obróbki cieplnej.

Odwodnienie – Dehytratacja

Utrata wody związanej przez białkowych; Dehydratacja odwracalna i nieodwracalna; Może zachodzić podczas zamrażania mięsa i ryb; Podczas zamrażania zmiana struktury białek; Prowadzi do straty masy i obniża wartość odżywczą; Ubytki mogą dochodzić do 40 %; W celu zmniejszenia ubytków można dodać substancje wiążące wodę: skrobię mąkę ziemniaczaną, bułkę tartą.

Denaturacja

Nieodwracalne zniszczenie ukształtowania przestrzennego. Wywołuje ją wiele czynników fiz i chem; temp, ↑ steżnie jonów wodorowych, ubijanie białka na pianę. Pod wpływem tych czynników dochodzi do osłabienia lub rozpadu wiązań stabilizacyjnych. Zmiany te prowadzą do rozwinięcia, rozfałdowania, wyprostowania łańcucha, traci znaczenie ilości wody.

Rozkład białek

Dwojaki rozkład podczas obróbki technologicznej

I - niszczenie struktury pierwszorzędowej białek przez depolimeryzację łańcucha polipeptydowego; II – rozkład aminokwasów

Wyróżnia się 4 rodzaje rozkładu aminokwasów

1. Zachodzące w czasie ogrzewania produktów w umiarkowanych temperaturach i w obecności cukrów redukujących

2. Zachodzące w obrębie samych białek w podwyższonej temperaturze

3. Zachodzące w środowisku zasadowym

4. Reakcje utleniania aminokwasów siarkowych

Podsumowanie – powstaje szereg nowych związków wpływających na smak,zapach ,wygląd, barwę strukturę i konsystencję produktów białkowych.

Przemiany węglowodanów

Przemiany monosacharydów i disacharydów

Przemiany tej grupy cukrów decydują o smaku, barwie, zdolność cukrów do krystalizacji. Przemiany: zmiana słodkości roztworów cukrowych, karmelizacja, piroliza, redukcja Maillarda, inwersja sacharozy

Zmiana słodkości roztworów cukrów

Cecha słodki smak, na tę cechę wpływa temperatura i czas od sporządzenia roztworu. Wraz ze wzrostem temperatury ulega zmienione absolutna oraz względna słodkość cukrów, słodkość oraz temperatura zwiększa się lub zmniejsza. względna słodkość odnoszona jest do sacharozy i dla wielu cukrów charakteryzuje się spadkiem wraz ze wzrostem temperatury. W temperaturze 5st C fruktoza jest ok. 40% bardziej słodka od sacharozy przy 40 st C ich stopień słodkości jest równy a przy 60st C jest w 80% tak słodka jak sacharoza.

Karmelizacja

- należy do jednej z dwóch reakcji Maillarda reakcji brązowienia nieenzymatycznego żywności

- najczęściej spotykana w rumianej skórce produktów smażonych i pieczonych z ciasta oraz panierowanych potraw z mięsa

- karmelizacja nadaję barwę i zapach produktom

- zachodzi w temperaturze 150-190 st C jednak nie wyżej niż 240st C

- cukry redukujące ulegają karmelizacji łatwiej niż nieredukujące a z cukrów prostych najbardziej podatna na karmelizacje jest fruktoza

- proces karmelizacji rozpoczyna się wtedy gdy cukier stopi się w wysokiej temperaturze i zaczyna się pienić

- na tym etapie sacharoza rozkłada się do glukozy i fruktozy

- następnie zachodzi proces kondensacji w którym poszczególne cukry tracą cząstki wody

- w kolejnej fazie następuje izomeryzacja aldoz do ketoz i dalsze odwodnienie w końcu zachodzi szereg reakcji zarówno rozkładu jak i polimeryzacji i tworzą się związki mające ciemną barwę oraz charakterystyczny smak i zapach

Piroliza

W wyniku pirolizy powstają lotne i nielotne związki typu kwasów karboksylowych ketonów aldehydów węglowodanów a także tlenek i dwutlenek węgla nadaje nietoksyczny smak i zapach

Reakcja Maillarda

Reakcja chemiczna zachodząca pomiędzy aminokwasami a cukrami redukującymi, produktami tych reakcji są tysiące związków zarówno wysokocząsteczkowych nadających żywności brunatna barwę. Jest niepożądana jeśli zachodzi w czasie przechowywania żywności ponieważ powoduje ciemnienie i pogorszenie smaków soków, przetworów itp. Jeśli zachodzi podczas ogrzewania jest pożądana – powstaje szereg korzystnych zmian w cechach sensorycznych potraw. Reakcja ta odpowiada za zapach chleba, mięsa, czekolady i piwa.

Inwersja sacharozy

Proces ogrzewania sacharozy zwłaszcza w obecności kwasów który prowadzi do jej hydrolizy czyli rozkładu na glukozę i fruktozę. W wyniku tej reakcji następuje zmiana skręcalności światła roztworu cukru. Inwersja sacharozy jest podstawą do otrzymania tzw. cukrów inwertowanych, które są podstawą sztucznego miodu. Stosowana jest do produkcji kisielu, kompotu. Stopień inwersji sacharozy zależy od czasu ogrzewania oraz od obecności stężenia kwasów. W wyniku tego procesu następuje zmiana smaku polewy która staje się bardziej słodka. Innym następstwem inwersji jest zmiana stopnia i sposobu krystalizacji sacharozy powstająca glukoza ma mniejsze kryształy niż sacharoza a fruktoza w ogólne nie krystalizuje.

Przemiany skrobi

pęcznienie, kleikowanie, retrogradacja

Estryfikacja- to reakcja chemiczna w wyniku której powstają estry. Najczęściej zachodzi ona pomiędzy kwasem ( głównie karboksylowym) i alkoholami. Reakcje estryfikacji z użyciem kwasu karboksylowego i alkoholu której produktem ubocznym jest woda jest zazwyczaj reakcji równoległej. Aby zapewnić jej wysoką wydajność należy z układu reakcji usunąć przynajmniej jeden z produktów i jest nim woda.

Dehydratacja- termin wieloznaczny mogący oznaczać usunięcie ze związku chemicznego atom wodoru i tlenu w stosunku 2:1 czyli takim jak w wodzie lub też usunięcie cząsteczki wody z uwodornionego związku chemicznego. W medycynie to proces nadmiernego ubytku wody z organizmu powodującego poważne zaburzenie jego gospodarki wodnej.

Deaminacja (dezaminacja)- reakcja chemiczna polegająca na eliminacji z cząsteczek związku chemicznego grupy aminowej (-NH2) najczęściej z wydzielonego amoniaku. W wielu przypadkach deaminacji towarzysza reakcję następcze prowadzące do zastąpienia grupy aminowej inną grupą organiczną. Bardzo częstą formą deaminacji jest przekształcenie grupy aminowej do ketonowej.

Utlenianie- reakcja chemiczna w której atom przechodzi z niższego na wyższy stopień utlenienia. Nazwa ta ma charakter umowny gdyż każdej reakcji utleniania musi towarzyszyć reakcja redukcji. Łącznie takie procesy nazywa się reakcją redox.

Izomeryzacja- reakcja chemiczna polegająca na przekształceniu się jednego izomeru np. formy CIS w formę TRANS. Izomeryzacja może stanowić zarówno samodzielną reakcję chemiczną jak i być ubocznym często niepożądanym efektem innej reakcji chemicznej.

Polimeryzacja- to reakcja w wyniku której związek chemiczny o małej masie cząsteczkowej zwanej monomerami lub mieszanina kilku takich związków reagują same ze sobą aż do wyczerpania wolnych grup funkcyjnych w wyniku czego powstają cząsteczki o wielokrotnie większej masie cząsteczkowej od substratu tworząc polimer.

Podział tłuszczów

• Określenie tłuszcz obejmuje zarówno grupę produktów spożywczych jak i składników pokarmowych (lipidy)

• Produkty spożywcze nazywane tłuszczami jak: masło, smalec, margaryna, oleje roślinne noszą nazwę tłuszczów widocznych

• Tłuszcze będące naturalnymi składnikami różnych produktów spożywczych (mleko, mięso, jaja, ryby) nazywamy tłuszczami niewidocznymi

Tłuszcze dzielimy na:

- roślinne: nie zawierają cholesterolu i w temperaturze pokojowej mają konsystencję ciekłą (prócz margaryny)

- zwierzęce: są źródłem cholesterolu

oraz na:

- proste: należą do nich trójglicerydy inaczej zwane tłuszczami właściwymi. Trójglicerydy różnią się między sobą nie tylko składem kwasu tłuszczowego ale także ich położeniem

- złożone: fosfolipidy i glikolipidy

• W tłuszczach spożywczych oraz lipidach ustrojowych mogą występować kwasy tłuszczowe:

- nasycone - wszystkie atomy węgla są połączone z atomami wodoru

- nienasycone - nie wszystkie atomy węgla są połączone z atomami wodoru co powoduje że istnieją podwójne wiązania miedzy dwoma sąsiednimi atomami węgla

• W zależności od długości łańcucha węglowego kwasy tłuszczowe dzieli się na:

- krótkołańcuchowe ( 8-10 atomów węgla)

- długołańcuchowe ( 11 i więcej atomów węgla)

Podział i budowa tłuszczy

• Tłuszcze właściwe zbudowane są z gliceroli i trzech cząsteczek kwasów tłuszczowych zaś kwasy tłuszczowe zbudowane są z węgla, wodoru i tlenu

• Tłuszcze obejmują dużą grupę związków o różnorodnej budowie chemicznej, którą wspólną cechą jest nierozpuszczalność w wodzie oraz rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnych tłuszczach takich jak chloroform, alkohole, eter