OTŻ II

1. Podział emulsji

Emulsja jest to makroskopowo jednorodny układ dyspersyjny dwóch niemieszających się ze sobą cieczy. Jedna
z tych cieczy występuje w postaci drobnych, oddzielnych kuleczek i stanowi tzw. fazę zdyspergowaną, rozproszoną albo wewnętrzną, natomiast druga ciecz, w której są zawieszone kuleczki, nosi nazwę fazy dyspergującej, ciągłej albo zewnętrznej. W technologii żywności najczęściej spotyka się emulsje, w których jedną z faz jest woda z rozpuszczonymi w niej solami i substancjami organicznymi, czyli tzw. faza wodna, natomiast drugą jest tzw. faza olejowa złożona z substancji nierozpuszczalnych w wodzie, jak tłuszcze roślinne i zwierzęce, niektóre witaminy, barwniki itp.

Ze względu na wzajemny układ faz, ich stężenie oraz wielkość kuleczek fazy zdyspergowanej emulsje dzieli się na:

• emulsje typu olej w wodzie (o/w), w których fazą ciągłą jest woda, a rozproszoną tłuszcz;

• emulsje typu woda w oleju (w/o), w których fazą ciągłą jest tłuszcz, a rozproszoną woda;

• emulsje rozcieńczone, w których faza wewnętrzna (rozproszona) stanowi mniej niż 50% objętości układu i emulsje stężone, w których faza wewnętrzna zajmuje ponad 50% objętości układu;

• emulsje drobne, w których średnia wielkość kuleczek dochodzi do ok. 1 μm i emulsje grube o kuleczkach
  5-10 μm, przy czym rozróżnia się w emulsjach jeszcze zakresy wielkości kuleczek - szeroki,
  np. od 0,1 do 11 μm i wąski, np. od 1,0 do 7 μm.

2. Warunki tworzenia się emulsji

Utworzenie emulsji, a zwłaszcza jej odpowiedniego typu, zależy nie tyle od mechanicznego rozdrobnienia, ile od obecności substancji zdolnych do obniżania napięcia powierzchniowego na granicy wytworzonych faz, czyli od tzw. emulgatora. Dzięki adsorpcji emulgatora, na granicy faz następuje nie tylko obniżenie napięcia powierzchniowego, ale tworzy się błonka powierzchniowa, która przeciwdziała zlewaniu się kuleczek fazy wewnętrznej. Adsorpcja emulgatora na powierzchni międzyfazowej ma charakter uporządkowany. Mianowicie grupa polarna cząsteczki jest zwrócona w stronę fazy hydrofilowej (wodnej), natomiast grupa niepolarna w stronę fazy hydrofobowej (olejowej). Cząsteczki emulgatorów, podobnie jak innych związków powierzchniowo czynnych, składają się z dwóch członów, z których jeden ma charakter polarny - hydrofilowy, a drugi niepolarny - hydrofobowy.

3. Emulgatory w przemyśle spożywczym

Emulgatory stosowane w technologii żywności, poza właściwym działaniem emulgującym i stabilizacją emulsji, mogą dawać wiele dodatkowych bardzo korzystnych efektów, jak:

• podniesienie oporności na utlenianie,

• zwiększenie rozpuszczalności,

• poprawa właściwości technologicznych itp.

W technologii żywności stosowane są emulgatory naturalne i sztuczne. Są one traktowane jako substancje dodatkowe dozwolone do żywności i muszą spełniać odpowiednie warunki, z których najważniejsze jest zastrzeżenie, że nie mogą być szkodliwe dla zdrowia. Tylko stosunkowo nieliczne emulgatory, np. lecytyna, niepełne glicerydy, żółtko jaja, są uznawane powszechnie za nieszkodliwe dla organizmu ludzkiego i mogą być stosowane bez ograniczeń.

4. Podstawy procesu krystalizacji

Krystalizacją nazywa się wydzielanie fazy stałej w postaci kryształów. Wydzielanie to może się odbywać z fazy płynnej
(z roztworu lub stopu) lub z gazowej. Ten ostatni proces nazywa się sublimacją. Atomy w krysztale (jony lub cząsteczki) są ułożone w przestrzeni w sposób uporządkowany, według określonej symetrii, tworząc strukturę, zwaną siatką krystaliczną. Krystalizacja jest więc procesem porządkowania atomów lub cząsteczek, będących w stanie bezładnego ruchu charakterystycznego dla płynu, do stanu trwałego, regularnego, krystalicznego.

5. Czynniki sprzyjające krystalizacji

Warunkiem koniecznym do powstawania fazy krystalicznej z fazy ciekłej jest przesycenie roztworu, które w praktyce uzyskuje się albo przez zmianę temperatury roztworu nasyconego, albo przez usunięcie części rozpuszczalnika, albo też obydwoma sposobami razem. Sposób krystalizacji zależy od tego, czy rozpuszczalność ciała maleje czy wzrasta ze spadkiem temperatury. Gdy rozpuszczalność ciała maleje, wystarczy roztwór oziębić, w przeciwnym razie należy rozpuszczalnik odparować albo dodać substancji wiążących rozpuszczalnik.

W tworzeniu fazy krystalicznej z roztworu lub stopu można wyróżnić dwa etapy:

• tworzenie zarodków krystalizacji,

• wzrost zarodków, z ewentualnym tworzeniem nowych.

Liczba zarodków powstających w jednostce objętości i czasu, czyli tzw. zdolność do krystalizacji wg Tammana zależy od:

• stopnia przechłodzenia i,

• lepkości roztworu lub stopu.

Krystalizację roztworu metastabilnego można zapoczątkować przez tzw. zaszczepienie kryształów, czyli dodanie do niego niewielkiej ilości drobno zmielonego ciała stałego, które ma krystalizować lub podobnego pod względem postaci i wymiarów elementarnych zarodków do ciała krystalizowanego.

6. Przykłady krystalizacji w przemyśle spożywczym i ich uwarunkowania

Krystalizacja cukru

• przez oziębianie roztworu cukru o wysokim stężeniu sacharozy (powyżej 70%),

• przez odparowanie wody i po osiągnięciu stanu przesycenia krystalizacja w stałej temperaturze.

Krystalizacja tłuszczu

Jest przykładem krystalizacji ze stopu. Jest to proces bardzo skomplikowany, gdyż tłuszcze są układem złożonym. Stanowią one mieszaninę cząsteczek różnych glicerydów, występujących w różnych formach polimorficznych o różnych punktach topnienia, stopniach przesycenia oraz różnej zdolności do tworzenia kryształów mieszanych. Przez kryształy mieszane rozumie się kryształy, w których część cząsteczek jednego komponenta została zastąpiona w siatce krystalicznej przez cząsteczki drugiego komponenta.

Krystalizacja tłuszczu kakaowego

Masa czekoladowa rozlewana do form w temperaturze procesu konszowania (40—90°C) i pozostawiona do zastygnięcia w temperaturze pokojowej (20—25°) będzie miała oprócz białoszarego nalotu i torfiastego przełomu gruzełkowatą strukturę. Gruzełki te składać się będą ze stałych cząstek masy czekoladowej powiązanych kryształami tłuszczu. Na języku zamiast delikatnego rozpływania się cząstki czekolady odczuwa się nieprzyjemne w dotyku gruzełki, które są nawet widoczne nie uzbrojonym okiem.Wady spotykane w strukturze (gruzełkowatość i torfiasty przełom) oraz w postaci matowej, szarej, siwej powierzchni wyrobów czekoladowych związane są z występowaniem tłuszczu kakaowego, w różnych odmianach krystalicznych.

7. Istota procesów utrwalania żywności

Utrwalanie żywności (albo konserwowanie) jest to działanie zmierzające do przedłużenia trwałości żywności poprzez:

• niedopuszczenie do rozwoju i działalności drobnoustrojów (poprzez ich zabicie lub usunięcie z zabezpieczeniem przed zakażeniem wtórnym),

• wstrzymanie tkankowych procesów biochemicznych (utleniania biologicznego, fermentacji, reakcji rozpadu różnych związków organicznych i ciemnienia katalizowanego przez różne enzymy),

• wstrzymanie zmian fizycznych (np. zbrylania się, żelowania, twardnienia, rozwarstwiania, i innych zmian struktury i konsystencji),

• wstrzymanie zmian chemicznych (np. autooksydacji tłuszczów, utleniania witamin, nienzymatycznego brunatnienia),

• zabezpieczenia przed inwazją i rozwojem różnego rodzaju szkodników (np. szkodników magazynowych),

• zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami fizycznymi, chemicznymi i pochodzenia organicznego (np. kurzem, ziemią, różnymi substancjami zapachowymi i barwnymi),

• zabezpieczenie przed skażeniami (np. metalami ciężkimi, drobnoustrojami chorobotwórczymi i ich toksynami).

Utrwalanie żywności sprawia, że:

• żywność może być przechowywana przez dłuższy okres czasu i transportowana na większe odległości, niż żywność nie utrwalona,

• pozwala łagodzić sezonowość produkcji w rolnictwie,

• pozwala zaopatrywać w żywność duże ośrodki miejski, leżące z dala od rejonów produkcji rolnej,

• pozwala rozwijać handel zagraniczny żywnością,

• pozwala lepiej wykorzystać żywność w gospodarstwach domowych itp.,

8. Podział metod utrwalania żywności

1) Konwencjonalne metody:

• termiczne

• fizyczne

• biologiczne

• chemiczne

2) Niekonwencjonalne metody:

• Zmiana składników otoczenia

• Mechaniczne (ultrafiltracja, wys. ciś.)

• Mikrofale

• Radiacja

3) Techniki skojarzone:

• inne

Utrwalanie żywności osiąga się w różny sposób, wykorzystując metody:

• fizyczne - Oddziaływanie na surowiec czynników zewnętrznych, z reguły wysokich lub niskich temperatur

jak obniżenie temperatury (chłodzenie, zamrażanie), ogrzewanie (pasteryzacja, sterylizacja, tyndalizacja), odwadnianie (zagęszczanie, suszenie), dodawanie substancji osmoaktywnych (cukier, sól), i stabilizatorów
(w utrwalaniu emulsji, pian, zoli), zastosowanie promieni jonizujących, wysokich ciśnień, gazów itd.,

• chemiczne - Stosowanie związków chemicznych działających: bakteriostatycznie i bakteriobójczo (dodawanie chemicznych środków konserwujących, peklowanie, wędzenie),

• biologiczne - Wykorzystanie szczepów bakterii w celu zmiany składu i właściwości produktu stosując różne fermentacje (mlekową, alkoholową, propionową).

• Sprzężone zwane też kombinowanymi lub skojarzonymi

9. Podział fizycznych metod utrwalania żywności

10. Podstawy utrwalania żywności przez zamrażanie

Podstawą utrwalania żywności przez obniżenie temperatury jest fakt, że wraz ze zmniejszaniem temperatury o 10⁰C szybkość reakcji chemicznych maleje 2,5 razy, w jeszcze większym stopniu maleje szybkość reakcji enzymatycznych oraz zmniejsza się względna szybkość namnażania się drobnoustrojów, a po osiągnięciu odpowiednio niskiej temperatury następuje zahamowanie ich rozwoju.

Temperatura zamarzania większości naturalnych surowców roślinnych i zwierzęcych mieści się w granicach -1 do -40⁰C. W toku krystalizacji wody z roztworów następuje wzrost stężenia substancji rozpuszczonej, co powoduje, że dalsze wymrażanie wody może przebiegać w coraz to niższych temperaturach.

Prędkość zamrażania produktu spożywczego - prędkość przesuwania się frontu lodowego w głąb zamrożonego produktu, czyli na granicy podziału między zamrożoną i nie zamrożoną w produkcie wodą. Prędkość ta nawet przy utrzymywaniu stałej temperatury czynnika zamrażającego i stałego współczynnika oddawania ciepła na powierzchni produktu, nie jest stała. Ma ona największą wartość na początku procesu zamrażania i na powierzchni produktu, a maleje
w miarę postępującego procesu i przesuwania się granicy podziału w kierunku głębszych warstw produktu.

Czynniki wpływające na czas zamrażania:

• wymiary i kształt zamrożonego ciała,

• czynna różnica temperatur,

• współczynnik wnikania ciepła miedzy produktem a medium,

• współczynnik przewodzenia ciepła produktu,

• opakowanie.

 11.  Omówić przebieg procesu zamrażania żywności (na podstawie wykresu)

Zamrażanie – operacja jednostka, w której temperatura żywności jest obniżona poniżej punktu zamarzania, a część wody przechodzi ze stanu płynnego w lód, co wiąże się ze zestalaniem żywności i zasadniczą zmianą wielu cech fizycznych żywności, jak lepkość, gęstość, współczynnik oddawania ciepła, przewodnictwo cieplne, elektryczne itd.

Krystalizacja wody zawartej w żywności przebiega w inny sposób niż samej czystej wody.

Krzywa zamarzania żywności
t_c – krzywa temperatury centrum termicznego,
t_p – krzywa temperatury powierzchni ciała

Krzywa ciągła obrazuje temperaturę centrum termicznego ciała (tc). Teoretycznie powinna ona przebiegać wzdłuż linii łamanej a-b’- c’- d’. proces rzeczywisty nieco odbiega od tego schematu. W punktach b, c, i d występują charakterystyczne zaokrąglenia, a ponadto odcinek b-c nie pokrywa się z linią tcr. Punkt ten odpowiada temperaturze początku zamrazania danego produkt. Cały proces zamrażania przebiega w sposób nastepujący:

- odcinek a-b- schładzanie do temp. tcr

- b-c- właściwe zamrażanie

- c-d- domrażanie do temp założonej technologii

12. Zmiany w żywności wywołane zamrażaniem

Zmiany w żywności zachodzące w czasie zamrażania zależą od takich czynników jak:

• rodzaj żywności,

• przygotowanie wstępne,

• opakowanie,

• szybkość zamrażania,

• temperatura końcowa zamrożenia,

• technika zamrożenia.

Z czynników tych szczególne znaczenie, w odniesieniu do żywności zamrożonej, ze względu na zachowanie walorów sensorycznych i żywieniowych oraz ograniczenie ubytków masy, mają:

• temperatura,

• czas składowania żywności,

• utrzymanie temperatury produktu na niezmienionym poziomie.

13. Metody zamrażania żywności

Na podstawie powyższej średniej szybkości zamrażania wyróżnia się następujące rodzaje procesu zamrażania:

• powolne do 1 cm/h,

• średnie 1-5 cm/h,

• szybkie 5-10 cm/h,

• bardzo szybkie 10-100 cm/h.

Czas niezbędny do zamrożenia produktu ustala się w praktyce zwykle doświadczalnie

Metody mrożenia:

• mrożenie konwekcyjne – odbieranie ciepła od mrożonej żywności przez oziębione powietrze,

• mrożenie kontaktowe – do zamrażania wykorzystuje się oziębione powierzchnie metalowe,

• mrożenie immersyjne - do zamrażania wykorzystuje się oziębione płyny np. roztwory cukrów albo soli, glikol, glicerol,

• mrożenie kriogeniczne – wykorzystuje się skroplone lub zestalone gazy

14. Ogniwa łańcucha chłodniczego

• chłodnictwo i zamrażalnictwo u producenta żywności i w punkcie skupu,

• chłodnictwo i zamrażalnictwo technologiczno-produkcyjne,

• chłodnictwo i zamrażalnictwo składowe,

• chłodnictwo i zamrażalnictwo w handlu i żywieniu zbiorowym,

• chłodnictwo i zamrażalnictwo w gospodarstwach domowych,transport chłodniczy i zamrażalniczy

15. Metody usuwania wody z materiałów spożywczych

Zgęszczanie albo koncentracja polega na usuwaniu wody z ciał płynnych, zwykle do zawartości ok. 30%.

Zatężanie roztworów można realizować przez:

• dodanie (rozpuszczenie) określonej substancji do roztworu,

• wydzielenie części rozpuszczalnika z roztworu metodami termicznymi względnie membranowymi.

Do metod zatężania termicznego należą:

• odparowanie rozpuszczalnika,

• wymrażanie wody.

Odparowanie wody prowadzi się w urządzeniach zwanych wyparkami lub aparatami wyparnymi

Urządzenia te mogą pracować pod:

• zwykłym ciśnieniem (wyparki otwarte),

• zredukowanym ciśnieniem (wyparki próżniowe).

16. Rodzaje wody w materiale

W żywności woda występuje w trzech, umownie przyjętych, formach:

• woda wolna,

• woda swobodna,

• woda hydratacyjna.

Woda wolna – jest rozpuszczalnikiem dla zawartych w produkcie substancji organicznych i związków mineralnych oraz bierze bezpośredni udział w przemianach fizykochemicznych. Wydziela się łatwo z produktu pod wpływem czynników zewnętrznych, miedzy innymi wskutek sublimacji z powierzchni produktów zamrożonych oraz jako wyciek podczas ich rozmrażania.

Woda swobodna – związana z siatką przestrzenną struktury tkankowej przez mostki wodorowe oraz siły elektrostatyczne. Stanowi większość wody wchodzącej w skład produktu. Podobnie jak woda wolna, ma ona charakter rozpuszczalnika i uczestniczy w przemianach fizykochemicznych.

Woda hydratacyjna – jest związana adsorpcyjnie z jonami i grupami polarnymi białek oraz sacharydów.

Nie podlega ona oddziaływaniom zewnętrznym, między innymi nie uczestniczy w przemianie fazowej podczas zamrażania.

Udział tego rodzaju wody jest stosunkowo stały i wynosi 4-10% ogólnej ilości wody zawartej

w żywności.

17. Sposoby ogrzewania produktów spożywczych.

Pasteryzacja- ogrzanie do temperatur nie przekraczających 100^oC zachodzi niszczenie drobnoustrojów, przedłuża się trwałość produktu

Sterylizacja- ogrzewanie produktu w temp. wyższej niż 100C jej celem jest kompletne zniszczenie drobnoustrojów

18. Pojęcie aktywności wody i jej wpływ na właściwości produktów spożywczych

AKTYWNOŚĆ WODY - stosunek prężności pary wodnej nad roztworem do prężności pary nad czystą woda w tej samej temperaturze. Dla roztworu, w którym na 1 l czystej wody przypada 1 mol rozpuszczonej substancji aktywność wody wynosi 0,9823 oznacza to że roztwór taki wykazuje prężność pary wynosi 98,23% w stosunku do prężności pary czystej wody w tej samej temperaturze.

Dla czystej wody aktywność wody decyduje o trwałości mikrobiologicznej produktów żywnościowych- im niższa wartość tym żywność jest trwalsza. Najmniej odporne na obniżanie aktywności wody są bakterie, które na ogół nie są w stanie rozwijać się przy aktywności poniżej 0,9.

Aktywność wody ma wpływ na:

• trwałość

• przebieg brunatnienia nieenzymatycznego

• utleniania tłuszczów

• utleniania białek

• działalność enzymów

19. Dobór metody suszenia i typu suszarek

Dobór metody suszenia i typu suszarek jest różny ze względu na:

• zróżnicowaną zawartość wody i aktywność wody w produktach spożywczych,

• strukturę,

• inne cechy charakterystyczne dla danego surowca,

• przeznaczenie produktu końcowego,

• w każdym przypadku należy indywidualnie dobierać warunki procesu.

W praktyce przemysłowej wypracowano pewne uproszczone zasady wyboru, które przedstawiają się następująco:

• materiały ciekłe o dużej lepkości lub półpłynne (pasty) są zwykle suszone kontaktowo w suszarkach walcowych,

• ciecze o niewielkiej lepkości, a zwłaszcza termolabilne najlepiej suszyć w suszarkach rozpyłowych (rozpryskowych) lub dyspersyjnych na nośniku sypkim,

• materiały stałe, które nie mogą być dowolnie rozdrabniane należy suszyć konwekcyjnie z owiewem gazami suszącymi, w suszarkach komorowych, tunelowych, bębnowych, taśmowych. Jest to zwykle suszenie długotrwałe i może odbywać się w różnych zakresach temperatur oraz wilgotności,

• materiały wilgotne o sypkiej strukturze najdogodniej suszyć w stanie dyspersyjnym w suszarkach bębnowych, pneumatycznych, fluidyzacyjnych lub fontannowych,

• materiały wilgotne o szczególnie cennych, a jednocześnie termolabilnych składnikach, niezależnie od stanu fizycznego można skutecznie i zachowawczo suszyć w suszarkach sublimacyjnych metodą liofilizacji. Trzeba tu jednak liczyć się z bardzo dużymi kosztami suszenia i małą wydajnością procesu.

20.Suszenie sublimacyjne, przebieg procesu, wady, zalety

Ten rodzaj suszenia opiera się na przemianie fazowej zestalonej wody (lód) w gaz na drodze sublimacji,
z pominięciem fazy ciekłej. Podczas suszenia sublimacyjnego, zwanego także liofilizacją, materiał suszony poddawany jest zamrożeniu oraz sublimacji zamrożonej wilgoci pod zmniejszonym ciśnieniem poniżej 10-40 Pa, w temperaturach od –10 do –40^oC. Ciało stałe jest zdolne do sublimacji gdy prężność jego par leży poniżej punktu potrójnego.

Operacja suszenia sublimacyjnego przebiega w dwóch stadiach:

• w pierwszym etapie następuje „głębokie” zamrożenie wilgotnego materiału w temp. < -20^oC,

• w drugim etapie zamrożony materiał umieszcza się w komorze próżniowej i łagodnie doprowadza ciepło, tak aby temperatura nie podwyższała się powyżej –15^oC, co zapewnia sublimację wody z pominięciem przechodzenia jej w stan ciekły. Uzyskuje się w ten sposób całkowite odwodnienie próbki materiału w stanie zamrożenia z zachowaniem jego objętości i kształtu.

Ze względu na bardzo ograniczoną konwekcję w komorze próżniowej liofilizatora doprowadzenie ciepła do materiału poddanego sublimacji może być jedynie przez przewodzenie lub promieniowanie. Suszarki takie wyposażone są więc bądź w jeden rodzaj tego źródła ogrzewania lub w obydwa. Obok przemysłu farmaceutycznego suszenie sublimacyjne znalazło zastosowanie również w przemyśle spożywczym.

Suszenie sublimacyjne
Zalety
wilgoć usuwania w niskich temperaturach wyklucza inaktywację termiczną produktu zachowana jest struktura materiału suszonego praktycznie wyeliminowane jest usuwanie lotnych składników suszonego materiału lub naruszenie jego składu chemicznego ułatwiona możliwość otrzymania sterylnego produktu

21. Wpływ procesu suszenia na zmiany fizykochemicznych produktu

Obserwowane w suszonej żywności zmiany dotyczą głównie takich cech jakościowych jak:

• wartość odżywcza - Straty wartości odżywczej w suszonej żywności dotyczą przede wszystkim:

  • witamin wrażliwych na ogrzewanie i utlenianie, a więc głównie witaminy C i tiaminy (witamina B1),

  • substancji rozpuszczalnych w tłuszczach takich jak: witaminy A, D, E i K oraz niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT).

W większości przypadków proces suszenia w odniesieniu do białek praktycznie nie wpływa niekorzystnie zarówno na jego strawność, jak i wartość biologiczną.

• smak i zapach - Proces suszenia przyczynia się do utraty zawartych w żywności lotnych substancji smakowych
  i zapachowych. Straty tych substancji uzależnione są od:

  • temperatury i stężenia suchej substancji w żywności,

  • ciśnienia pary związków lotnych i ich rozpuszczalności w parze wodnej.

• Barwa - Na zabarwienie suszonej żywności wpływają :

  • zmiany chemiczne zachodzące w naturalnych barwnikach (barwniki karotenoidowe i chlorofilu),

  • reakcje ciemnienia nieenzymatycznego tzw. reakcje Maillarda. Potęgują je wysoka temperatura i długi czas suszenia,

  • reakcje ciemnienia enzymatycznego katalizowane przez enzymy.

• Tekstura - Niekorzystne zmiany w teksturze żywności suszonej wynikają z przemian jakie zachodzą w produkcie.

Są one powodowane przez:

• usuwanie wody,

• proces kleikowania skrobi,

• denaturację białek,

• krystalizację celulozy,

• tworzenia się nowych połączeń między składnikami występującymi w żywności.

22. Podstawy zagęszczania substancji przez odparowanie rozpuszczalnika

Usuwanie wody z żywności powoduje skoncentrowanie składników jej suchej substancji w mniejszej masie produktu, który nosi nazwę koncentratu.

Zatężanie roztworu przez odparowanie rozpuszczalnika możliwe jest dzięki przeprowadzeniu części rozpuszczalnika
w temperaturze wrzenia cieczy w stan pary i odprowadzenie tej pary ze środowiska zatężanego roztworu.

Podczas procesu odparowywania cieczy (wody) z roztworu należy uwzględniać zależności, że:

• temperatura wrzenia roztworu zależy od ciśnienia i rośnie wraz z ciśnieniem,

• temperatura wrzenia roztworów zależy od stężenia i również wzrasta wraz z ich stężeniem,

• intensywność odparowania rozpuszczalnika czyli szybkość zatężania roztworu zależy od różnicy temperatur czynnika grzejnego temperatury wrzenia, od wielkości powierzchni grzejnych wyparki i powierzchni parowania.

 23.  Zastosowanie wyparek próżniowych w przemyśle spożywczym

Odparowanie wody prowadzi się w urządzeniach zwanych wyparkami lub aparatami wyparnymi.

Zalety wyparek próżniowych:

• niska temperatura wrzenia i odparowywania (korzystne zachowanie cennych właściwości zatężanych roztworów),

• przyspieszenie tempa zagęszczania, wynikające ze zwiększenia różnicy temperatur (Δt) między czynnikiem grzejnym (parą), a ogrzewanym roztworem.

Wyparki próżniowe są szeroko stosowane w technologii żywności wszędzie tam, gdzie chodzi o szybki wyparowanie dużych ilości wody i dobrą jakość zatężonego układu.

• przemysł mleczarski, przy produkcji mleka zagęszczonego,

• przemysł owocowo-warzywny wyrób marmolad, dżemów, koncentratów pomidorowych, koncentratów soków owocowych,

• przemysł koncentratów spożywczych (ekstrakty kawy, herbaty, koncentraty witaminowe, białkowe),

• przemysł cukrowniczy - zagęszczanie soku rzadkiego,

• przemysł cukierniczy - zagęszczanie masy karmelowej, masy pomadowej (pomadki mleczne-irysy, tofii, krówki),

• przemysł skrobiowy – zagęszczanie kwasowych hydrolizatów skrobiowych.

24.  Omówić zasadę osmozy naturalnej i możliwości jej zastosowania w przemyśle spożywczym

Osmozą nazywamy samorzutne przenikanie rozpuszczalnika z roztworu o mniejszym stężeniu (lub z czystego rozpuszczalnika) do roztworu o większym stężeniu przez błonę przepuszczalną tylko dla rozpuszczalnika.

Siłą napędową ruchu cząsteczek rozpuszczalnika jest różnica potencjałów chemicznych po obu stronach membrany. Na granicy między roztworami o różnym stężeniu istnieje ciśnienie określane jako ciśnienie osmotyczne.
Ciśnienie to działa na błonę półprzepuszczalną w kierunku zgodnym ze zmniejszeniem stężenia rozpuszczalnika, a przeciwnym do zmniejszania stężenia składnika rozpuszczonego.

Przepływ rozpuszczalnika przez błonę pod wpływem ciśnienia osmotycznego od roztworu mniej stężonego (lub od czystego rozpuszczalnika) do roztworu bardziej stężonego trwa dopóki na skutek powiększania się objętości tego roztworu wzrost ciśnienia hydrostatycznego tej cieczy wywierany na powierzchnię membrany nie zrównoważy ciśnienia osmotycznego. Gdy ciśnienia te się zrównoważą, układ osiąga równowagę dynamiczną.
Cząsteczki rozpuszczalnika mogą przenikać przez błonę w obu kierunkach - zanika przepływ jednokierunkowy– osmotyczny.

Samorzutne przenikanie wody przez błonę w czasie osmozy jest procesem bardzo powolnym. można go przyspieszyć przez wykorzystanie różnicy temperatur lub potencjałów elektrycznych po przeciwnych stronach membrany. Procesy te nazywamy- termo osmozą i elektroosmozą.

Aby uzyskać osmotyczne odwadnianie żywności, po drugiej stronie trzeba stosować roztwór odwadniający o dostatecznie dużym molarnym (o ciśnieniu osmotycznym wyższym od ciśnienia osmotycznego żywności)
i oczywiście nie toksyczny. Zwykle stosuje się tu stężony roztwór cukru.

25.  Omówić proces osmozy odwróconej i ultrafiltracji

Ultrafiltracja (UF) i odwrócona osmoza (RO) są metodami membranowymi, w których stosuje się ciśnienie zewnętrzne. Różnią się od osmozy i dializy tym, że selektywne przenikanie składników roztworu przez błonę półprzepuszczalną jest wymuszane.

Przez błonę przechodzi rozpuszczalnik i ewentualnie inne małocząsteczkowe składniki roztworu (filtrat lub permeat), a zagęszczony płyn (retenat) przechodzi z prądem. Kierunek przenikania cząsteczek przez membranę w UF i RO jest odwrotny niż w osmozie i dializie, gdyż cząsteczki przechodzą z roztworu bardziej stężonego (płynu zagęszczonego) do mniej stężonego (filtratu) wbrew ciśnieniu osmotycznemu.

Ultrafiltracja (UF) różni się od odwróconej osmozy (RO) gęstością błon i wysokością stosowanego ciśnienia.

W UF dąży się do oddzielenia wody wraz z rozpuszczonymi w niej składnikami małocząsteczkowymi (cukry proste, sole, jony) i zatrzymanie makrocząsteczek o masie cząsteczkowej powyżej 500, koloidów itp.

Do rozdzielania składników w UF stosuje się membrany o wielkości porów 0,1-0,001µm.

RO ma za zadanie oddzielenie z roztworu tylko rozpuszczalnika, a więc wody z możliwie jak najmniejszą ilością drobnocząsteczkowych składników w niej rozpuszczonych.

26.  Porównanie procesu odwróconej osmozy i ultrafiltracji

27.  Zastosowanie metod membranowych w przemyśle spożywczym

• oczyszczanie i zatężanie białek
  (np. enzymatycznych) metodą ultrafiltracji,

• oczyszczanie wody,

• przemysł mleczarski,

• przemysł owocowo-warzywny,

• przemysł cukrowniczy,

• produkcja win,

• w produkcji hydrolizatów skrobiowych.

Wspólną cechą metod membranowych jest stosowanie w nich półprzepuszczalnych błon (membran), dzięki którym można rozdzielić składniki obecne w jednolitych układach wieloskładnikowych, noszących nazwę roztworów. Metody membranowe stosowane są zasadniczo do rozdzielania cieczy w cieczach.

28. Cel termicznego niszczenia drobnoustrojów

Termiczne utrwalanie żywności wykorzystujące wysokiej temperatury polega na doprowadzeniu do określonego rodzaju żywności takiej ilości energii cieplnej, która spowoduje technologicznie uzasadnione zmiany:

• inaktywacja drobnoustrojów i enzymów powodujących psucie się żywności,

• niszczenie toksyn,

• przeprowadzanie niektórych związków zawartych w żywności z formy nieprzyswajalnej w przyswajalną.

29. Czynniki wpływające na stopień unieczynnienia drobnoustrojów

Termiczna inaktywacja drobnoustrojów następuje dopiero po przekroczeniu temperatury maksymalnej dla ich wzrostu, a więc po osiągnięciu tzw. minimalnej temperatury letalnej (T_L).

Termiczne utrwalanie żywności wykorzystujące wysokie temperatury polega na doprowadzeniu do określonego rodzaju żywności takiej ilości energii cieplnej, która spowoduje technologicznie uzasadnione zmiany:

• inaktywacja drobnoustrojów i enzymów powodujących psucie się żywności,

• niszczenie toksyn,

• przeprowadzanie niektórych związków zawartych w żywności z formy nieprzyswajalnej w przyswajalną.

Niszczenie drobnoustrojów po osiągnięciu temperatury letalnej (TL) nie zachodzi natychmiast, ale przebiega w tempie malejącym i zależy od wielu czynników:

• rodzaju i formy drobnoustrojów,

• warunków środowiskowych,

• dawki ciepła niszczącego.

Warunki środowiskowe to:

• aktywność wody,

• stężenie jonów wodorowych,

• zawartość tłuszczu, białka i innych składników suchej substancji.

Bardzo istotny wpływ na inaktywację cieplną drobnoustrojów wywiera kwasowość środowiska.
W miarę zwiększania się stężenia jonów wodorowych obniża się gwałtownie ciepłooporność drobnoustrojów.

Termiczne niszczenie drobnoustrojów może być przeprowadzane w :

• gorącym powietrzu suchym (ciepło „suche”),

• ogrzanym środowisku wodnym (ciepło „wilgotne”).

30. Podział żywności ze względu na bytowanie drobnoustrojów i przedstawiciele drobnoustrojów

Ze względu na przystosowanie się drobnoustrojów do bytowania i rozwoju w określonym środowisku (pH) dokonano podziału żywności na trzy zasadnicze grupy:

1. Żywność niekwaśna i mało kwaśna o pH > 4,6 - np. mleko, mięso, drób, ryby, skorupiaki, groszek, fasola, szpinak, szparagi, buraki.

2. Żywność kwaśna o pH 3,7-4,6 - gruszki, morele, pomidory, czerwona kapusta.

3. Żywność bardzo kwaśna, o pH < 3,7 - kiszona kapusta, kiszone ogórki, większość owoców.

Grupy żywności	pH	Mikroflora
Żywność niekwaśna i mało kwaśna	>4,6	Clostridium botulinum
Żywność kwaśna	3,7-4,6	Bakterie kwasu masłowego
Żywność bardzo kwaśna	<3,7	Bakterie mlekowe, pleśnie

31.  Parametry opisujące termiczne niszczenie drobnoustrojów (Parametr D i z)

Wartość D, związana jest ze stałą szybkości reakcji niszczenia drobnoustrojów i nosi nazwę czasu dziesięciokrotnej redukcji albo oporności cieplnej.

Przyjmuje się, że czas D jest niezależny od stężenia początkowego drobnoustrojów, natomiast zależy od:

• rodzaju mikroflory,

• temperatury,

• środowiska, w którym zachodzi ogrzewanie,

• techniki wykrywania komórek przeżywających ogrzewanie.

Doświadczalnie stwierdzono, że wartość D (oporność cieplna D) jest także funkcją temperatury ogrzewania D =f(T).

Wartość D zmienia się w tempie logarytmicznym wraz z temperaturą i na wykresach daje krzywą określaną jako krzywa oporności cieplnej lub krzywa czasu śmierci danego drobnoustroju.

logD = logDo - z/T

gdzie:

Do – wartość czasu 10-krotnej redukcji w temp. początkowej T_o,

D - wartość czasu 10-krotnej redukcji w temp. T,

z– nachylenie prostej, tzw. wartość z, która oznacza o ile stopni należy zwiększyć temperaturę inaktywacji, aby 10-krotnie zredukować wartość D, czyli o 1 cykl logarytmiczny.

Parametry D i z charakteryzują oporność drobnoustroju na działanie temperatury zabójczej dla niego. Im wartości D i z są wyższe, tym ciepłooporność drobnoustroju jest większa.

32. Pasteryzacja cel procesu, metody pasteryzacji mleka

Pasteryzacja polega na ogrzewaniu materiału do temperatur nie przekraczających 100°C (przeważnie 65-85°C).
Ma ona na celu zniszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych i przedłużenie trwałości produktu wskutek prawie całkowitego unieszkodliwienia form wegetatywnych, a w przypadku żywności o pH poniżej 4,5 (np. owoców) pasteryzacja pozwala na uzyskanie pełnej trwałości mikrobiologicznej produktu. Pasteryzuje się najczęściej produkty płynne (jak mleko, piwo, masa jajowa) i kwaśne (jak soki owocowe, ogórki konserwowe) przed lub po umieszczeniu ich w opakowaniach hermetycznych. Urządzenia, w których prowadzi się pasteryzację, noszą nazwę pasteryzatorów. Mogą one pracować w sposób ciągły lub okresowy. Mają one różną budowę, przy czym najczęściej spotyka się wymienniki płytowe i rurowe (stosowane głównie do pasteryzacji krótkotrwałej i momentalnej), oraz tunelowe oraz wannowe (pasteryzacja długotrwała).

W zależności od materiału oraz stosowanych temperatur i czasu ogrzewania wyróżnia się różne sposoby pasteryzacji:

• pasteryzację niską albo długotrwałą, polegającą na ogrzewaniu w temp. 60-65°C w czasie 2-30 minut;

• pasteryzację w wysokiej temperaturze i krótkim czasie HTST, polegającą na ogrzewaniu w temp. np. 70-88°C w czasie 15 sek,

• pasteryzację momentalną, polegającą na ogrzaniu do temp. 85-90°C i natychmiastowym schłodzeniu;

• pasteryzację wysoką, w której stosuje się ogrzewanie w temp. od 85°C do prawie 100°C w czasie od co najmniej 15 s do kilku, a czasem i kilkudziesięciu minut.

33.Wymienić etapy procesu apertyzacji

1) przygotowanie surowców,

2) przygotowanie opakowań,

3) napełnianie opakowań,

4) ewentualne zalewanie,

5) odpowietrzanie,

6) znakowanie i przymykanie,

7) zamykanie naczyń,

8) gotowanie - sterylizacja,

9) studzenie naczyń

10) etykietowanie,

11) termostatowanie,

12) magazynowanie,

13) pakowanie.

34. Jakie czynniki decydują o sterylności produktu poddawanego apertyzacji

Aby nastąpiło pełne utrwalenie żywności, w apertyzacji w każdym przypadku należy przestrzegać:

• odpowiedniego nagrzania, które z kolei wymaga odpowiedniej temperatury i czasu ogrzewania, tak aby wszystkie miejsca konserwy zostały należycie wyjałowione;

• pełnej szczelności (hermetyczności) opakowań, tak aby nie tylko drobnoustroje, lecz także powietrze nie mogło przenikać do konserwy;

• należytego odpowietrzenia, jest to warunek też bardzo ważny, m.in. ze względu na zabezpieczenie konserwy przed zmianami oksydacyjnymi.

Przy ustalaniu czasu nagrzewania i oziębiania konserw, mającego w praktyce istotne znaczenie, należy uwzględnić takie czynniki jak:

• konsystencja materiału,

• wielkość opakowań,

• różnica temperatur,

• przewodnictwo ścianek naczyń,

• studzenie puszek (słojów).

konsystencja materiału - odgrywa ona dużą rolę w zdolności przyjmowania ciepła przez konserwę, np. z pary wodnej skraplającej się na ściankach puszki. Im treść puszki (słoja) jest bardziej ciekła, tj. ma mniejszą lepkość, tym lepsze jest konwekcyjne przenoszenie ciepła zamiast powolnego przenikania w drodze przewodności. Pod tym względem najgorsze są koncentraty przecierów (np. pasty pomidorowej) i produkty stałe (np. mięsne) pakowane do puszek.

wielkość opakowań - im puszka (słój) jest większa, tym czas potrzebny do jej nagrzania (w miejscu położonym najdalej od powierzchni) musi być dłuższy,

różnica temperatur, - im wyższa jest temperatura w autoklawie (Ta) i im niższa temperatura w puszce (T), tj. im większa jest różnica (Ta –T), tym szybsze jest tempo nagrzewania się konserw,

przewodnictwo ścianek naczyń - tempo nagrzewania się konserw puszkowych zależy głównie od zdolności przejmowania ciepła przez materiał. Różnice w przewodności cieplnej i grubości ścianek opakowań powodują, że ogólny czas sterylizacji koserw w opakowaniach szklanych jest o ok. 50% dłuższy od czasu sterylizacji produktu w puszkach metalowych),

studzenie puszek (słojów) - zbyt powolne studzenie powoduje nadmierne rozgotowywanie się konserw i ich brunatnienie. Prawidłowe jest studzenie immersyjne, polegające na zanurzaniu koszy metalowych z puszkami w zimnej odkażonej wodzie.

35. Sterylność handlowa produktu i czynniki ją warunkujące

Sterylizacja cieplna polega na ogrzewaniu produktu w temperaturach przekraczających 100°C. Jej celem jest praktycznie całkowite termiczne zniszczenie drobnoustrojów.

Sterylność handlowa, albo „sterylność techniczna" - zniszczenie wszystkich drobnoustrojów chorobotwórczych
i zredukowanie mikroflory saprofitycznej (łącznie z ich formami przetrwalnikowymi) do określonej, ostatecznie małej wartości, zaakceptowanej ze względu na bardzo rzadkie dopuszczalne ryzyko zepsucia zakonserwowanej żywności, np. 1 opakowania na 10 000 opakowań.

Mikrobiologiczne zakażenie żywności przed sterylizacją może być bardzo różne tak pod względem jakościowym, jak i ilościowym. W procesie sterylizacji uwaga jest skupiona głównie na drobnoustrojach chorobotwórczych oraz odznaczających się największą ciepłoopornością.

W praktyce zagadnienie sprowadza się do uwzględnienia spośród szkodliwej mikroflory takiego mikroorganizmu, który do założonej redukcji wymaga stosunkowo największej dawki ciepła. Drobnoustrój ten jest krytyczny dla sterylizowanej partii produktu i dla niego jest ustalana wielokrotność redukcji dziesiętnej n.

36.  Sterylizacja mleka metodą UHT sposoby doprowadzania ciepła, wady zalety metod

Sterylizacja żywności w masie przed pakowaniem jest bardziej nowoczesna od apertyzacji.

Pozwala ona na wykorzystanie zasady HTST, umożliwiające natychmiastowe ogrzewanie produktu do stosunkowo wysokich temperatur (zwykle 135-155⁰C) i szybkie schłodzenie oraz aseptyczne zapakowanie do jałowych oraz hermetycznie zamykanych opakowań.

Zasada UHT znalazła praktyczne zastosowanie w metodzie sterylizacji produktów płynnych przed ich zapakowaniem (np. mleko), gdzie warunkiem równomiernego rozkładu temperatury w sterylizowanej błyskawicznie żywności jest homogeniczność ogrzewanego materiału.

W systemie UHT czynnikiem grzejnym jest gorąca woda stosowana do wstępnego ogrzewania mleka
i para wodna pod ciśnieniem jako czynnik sterylizujący, przy czym ogrzewanie parą może następować albo bezpośrednio przez wprowadzenie jej do mleka, albo pośrednio przez przegrodę metalową.

Po procesie sterylizacji, aby uzyskany efekt biobójczy był zachowany w gotowym produkcie, jest niezbędne jego sterylne zapakowanie. Nie można tego osiągnąć stosując zwykłe urządzenia rozlewające do normalnie stosowanych opakowań. Przy takim sposobie rozlewu produkt zawsze zostanie zakażony drobnoustrojami, gdyż znajdują się one w nawet najstaranniej umytych i dezynfekowanych urządzeniach i opakowaniach oraz w powietrzu pomieszczeń produkcyjnych.

Mleko UHT nie jest absolutnie sterylne, a tylko sterylizowane. Czas i temperatura w procesie sterylizacji są tak dobrane, aby uzyskać sterylność handlową.
Warunki te są spełnione gdy liczba sterylizacji wynosi F=25. Można to uzyskać w wyniku ogrzewania mleka w temp. T=135⁰C przez τ=62 s lub T=140⁰C przez τ=20 s.

37.  Zmiany w żywności podawanej apertyzacji i sterylizacji UHT

W przemyśle są zasadniczo stosowane dwie metody sterylizacji cieplnej:

1) sterylizacja żywności w opakowaniach hermetycznych, czyli tzw. apertyzacja,

2) sterylizacja żywności w masie systemem UHT przed zapakowaniem i aseptyczne pakowanie.

WPŁYW STERYLIZACJI NA JAKOŚĆ ŻYWNOŚCI

Sterylizacja w opakowaniach

Zmiana barwy: Zmiana spowodowana długotrwałym działaniem ciepła na naturalne barwniki występujące w żywności (chlorofil, karotenoidy, antocyjany, mioglobina), zachodzą również reakcje brązowienia Maillarda i karmelizacja

Zmiana smaku i zapachu: Zmiany są spowodowane różnorodnymi reakcjami chemicznymi w tym:

- reakcjami karmelizacji i Maillarda,

- utleniania i dekarboksylacji lipidów, w owocach i warzywach rozkład, rekombinacja i ulatnianie się laktonów, ketonów, aldehydów i kwasów organicznych, w mleku – denaturacja białek serwatkowych powoduje wydzielanie się siarkowodoru oraz tworzenie laktonów i metylolaktonów z tłuszczu

Zmiana tekstury:

- denaturacja białka i utrata zdolności wiązania wody powoduje kurczenie się i stwardnienie tkanki mięsnej,

- mięknienie – wywołane hydrolizą kolagenu, rozpuszczeniem żelatyny oraz topnieniem
i dyspersją tłuszczu

- mięknienie owoców i warzyw - spowodowane hydrolizą pektyn, klepkowaniem skrobi i częściowym rozpuszczeniem hemiceluloz oraz denaturowaniem białek tkanek komórkowych,

- w mleku – spowodowane termiczną modyfikacją kazeiny i jej podatnością na wytrącanie z wapniem i koagulacji

Zmiana wartości odżywczej: Zmiany w żywności apertyzowanej są znaczne i na ogół niekorzystne. Wynikają głównie ze straty witamin i aminokwasów

Sterylizacja UHT

Zmiana barwy: Zmianie podlegają barwniki mięsa, Karmelizacja i reakcje Maillarda zachodzą w niewielkim stopniu. Karoteny i betaina w surowcach roślinnych praktyczne pozostają bez zmian, a chlorofil
i antocyjany są lepiej zachowywane.

Zmiana smaku i zapachu: Zmiany smakowo-zapachowe w żywności nie są tak głębokie, a ich naturalny smak i zapach są lepiej zachowane

Zmiana tekstury: W procesie UHT lepkość mleka i soków owocowych nie ulegają zmianie

Zmiana wartości odżywczej: Małe albo nieznaczne zmiany w wartości odżywczej

38. Metody chemicznego i biologicznego utrwalania żywności

Utrwalanie metodami chemicznymi polega na dodaniu do przetworów w małych dawkach (0,1-0,2%) związków chemicznych, które hamują rozwój lub niszczą drobnoustroje, a nie wpływają ujemnie na smak i zapach gotowego wyrobu oraz są nieszkodliwe dla zdrowia konsumenta.

Utrwalanie za pomocą chemicznych środków konserwujących stosowanych w małych dawkach.

1. Utrwalanie za pomocą kwasów organicznych

2. Utrwalanie za pomocą kwasów nieorganicznych

3. Wędzenie jest to specyficzny rodzaj utrwalania mięsa, w którym produkt poddaje się działaniu ciepła i związków chemicznych zawartych w dymie otrzymanym podczas spalania drewna. Fenole i aldehydy znajdujące się w dymie działają bakteriobójczo na mikroflorę. W czasie wędzenia obsycha powierzchnia porduktu oraz osiadają na niej składniki dymu, tworząc warstwy silnie nasycone o intensywnej barwie, zapachu i połysku. Z technologicznego punktu widzenia rozróżnia się wędzenie zimnie w temperaturze 16-22^oC, ciepłe w temperaturze 22-40^oC i gorące w temperaturze 45^OC.

4. Peklowanie polega na poddaniu mięsa działaniu mieszanki peklującej, w skład, której wchodzą: sól, azotany, cukier, kwas askorbinowy oraz inne składniki. Proces peklowania przeprowadza się metodą na sucho, na mokro i mieszaną. Mięso peklowane odznacza się charakterystyczną różową barwą, utrzymującą się po ugotowaniu, przyjemnym smakiem oraz aromatem.

39.  Niekonwencjonalne metody utrwalania żywności

• zmiana składników otoczenia,

• mechaniczne (ultrafiltracja, wysokie ciśnienia)

• mikrofale,

• radiacja.