Witaminy

Grupa związków organicznych o bardzo różnej

budowie.

Niezbędne do normalnego rozwoju i funkcjonowa

organizmu

Zapotrzebowanie na nie wynosi od kilku μg do

kilkudziesięciu mg na 1 osobę/dobę Muszą być dostarczane w pożywieniu gdyż organizm nie może ich syntetyzować Długotrwały brak witamin - awitaminozy Nadmiar witamin - hiperwitaminoza

Podział witamin.

- Rozpuszczalne w wodzie - C. B₁, B₂. B₅. B_6, B₁₂. folacyna, PP

- Rozpuszczalne w tłuszczach - A, D. E. K

Antywitaminy

Substancje uniemożliwiające wchłanianie danej witaminy lub hamujące jej działanie fizjologiczne np. białko jaja - awidyna wiąże biotynę i czyni ją nieprzyswajalną, gotowanie jaj inaktywuje awidynę

Witaminy są syntetyzowane głównie przez rośliny i drobnoustroje, a następnie gromadzone w surowcach roślinnych i zwierzęcych.

Straty witamin - transport, przechowywanie, przetwarzanie

Czynniki potęgujące niszczenie witamin:

Światło, Tlen, Wysokie temperatury, Kwasy, Zasady, Promienie jonizujące

Oporność witamin na destrukcyjne działanie czynników

A, D, E, K - podatne na działanie światła i tlenu -

dobrze znoszą wysokie temperatury

C, B₁ - niszczy ją działanie tlenu, światła, wysoki

temperatura, odczyn zasadowy

B_l2, B₅ - wrażliwe na działanie tlenu i światła

B₂, B₆- wrażliwe na działanie światła H, PP - stosunkowo oporne na ww. czynniki

Składniki mineralne

Określa się jako popiół, czyli pozostałość po spaleniu próbki żywności w niezbyt gorącym płomieniu i wyprażeniu do stałej masy w temperaturze nie przekraczającej zwykle 550°C

Do właściwego funkcjonowania organizmu ludzkiego konieczne jest dostarczenie z pożywieniem i wodą pitną 16 składników mineralnych.

Uwzględniając zawartość składników mineralnych w organizmie ludzkim oraz zapotrzebowanie na nie można je podzielić

na: niezbędne makroelementy, niezbędne mikroelementy

Składniki mineralne

makroelementy: Wapń, Fosfor, Magnez, Żelazo, Potas, Sód, Chlor, Siarka

mikroelementy: Miedź Cynk Mangan Jod i Fluor Chroni Molibden i Selen

Funkcje składników mineralnych:

1. Materiał budulcowy dla tkanek podporowych,

zębów skóry, włosów - Ca, P, Mg, S

2. Wchodzą w skład hemoglobiny i mioglobiny - Fe

3. Utrzymanie określonych właściwości fizykochemicznych roztworów komórkowych i międzykomórkowych jak ciśnienie osmotyczne, odczyn środowiska - Na, K, Cl

Funkcje składników mineralnych:

Spełniają funkcje biochemiczne w przemianie na poziomie komórki lub roztworów fizjologicznych

np.

Składniki białek enzymatycznych - Cu, Zn, Mn

Składnik hormonów tarczycy - I

Składnik witaminy B₁₂ - Co

Różne działania, jeszcze nie całkowicie poznane-Cr, Se, Mo

Składniki mineralne - dzienna dawka zalecanego spożycia dla dorosłego człowieka.

Wapnia i fosforu - po 800 mg, Magnezu - 350-400 mg, Żelaza-12mg, Cynku-15 mg, Jodu 0,15 mg

Składniki mineralne - ilości bezpiecznego i odpowiedniego spożycia:

Sodu 1100-3300 mg (co odpowiada 2.8-8.39g NaCl) Chloru-ok. 100 mg Miedzi - 2.0-2,5 mg Manganu-2,5-10 mg Fluoru - 1,5-4,0 mg

Główne źródła składników mineralnych w naszej diecie:

Produkty zbożowe, Mleko i produkty mleczne, Mięso i produkty mięsne

Składniki mineralne mogą być wykorzystywane jako dodatki dozwolone do żywności, głównie jako dodatki wzbogacające, np. sole wapnia (w postaci węglanu, mleczanu, glukonianu)

Składniki nieodżywcze w żywności

Nie mają właściwości odżywczych dla organizmu człowieka

Składniki nieodżywcze w żywności

Dzielimy je na:

Obojętne lub szkodliwe dla zdrowia

Występujące w sposób naturalny w surowcach

roślinnych i zwierzęcych

Powstające w żywności w czasie jej wytwarzania i

przechowywania

Wprowadzane celowo do żywności w postaci tzw.

Dodatków

Przedostające się do żywności w formie zanieczyszczeń i skażeń

Kwas szczawiowy tworzy z wapniem trwałe, trudno rozpuszczalne sole i utrudnia wchłanianie wapnia (szpinak, szczaw, rabarbar, niektóre przyprawy, używki)

Kwas fitynowy - tworzą nierozpuszczalne sole z wapniem, żelazem, managanem, cynkiem, obniżają przyswajanie tych metali (ziarno zbóż, suche nasiona roślin strączkowych)

Kwas erukowy - jednonienasycony kwas tłuszczowy C21H41COOH (niektóre odmiany rzepaku tzw. wysokoerukowe)

Substancje silnie drażniące przewód pokarmowy człowieka: chityna (grzyby), ichtiotoksyna (w krwi ryb: lin, tuńczyk, węgorz)

Substancje szkodliwe w żywności

Powstające w czasie jej wytwarzania i przechowywania, na skutek procesów chemicznych i biochemicznych wywołanych:

Czynnikami naturalnymi - światło, tlen, rodzime enzymy

Stosowane procesy i operacje technologiczne - wysoka temp., działanie kwasów, zasad, dodanych katalizatorów organicznych i nieorganicznych, drobnoustrojów, chemicznych środków konserwujących, promieni jonizujących

Substancje szkodliwe w żywności:

Tlenki i wodorotlenki - powstają w procesiesie utleniania tłuszczu

Węglowodory wielopierścieniowe aromatyczne (WWA) - przenikają z dymem do wyrobów wędzonych i do surowców żywnościowych suszonych bezpośrednio

gazami spalinowymi (ziarno zbóż, rzepaku)

Związki Maillarda - nieenzymatyczne brunatnienie powstaje w czasie długotrwałego ogrzewania lub przechowywania produktów białkowych

zawierających cukry - wynik reakcji grupy karbonylowej cukrów z grupą aminową aminokwasów, peptydów

Podział produktów spożywczych

Pochodzenie Surowców

Skład Chemiczny

Stopień przetworzenia surowca

Wartość odżywcza i energetyczna

W obrębie każdej z tych grup wyróżniamy podgrupy

Stopień przetworzenia surowca

Naturalne produkty spożywcze nie przetworzone i nieutrwalone (mleko. miód. owoce, jaja)

Konserwy - produkty utrwalone w różny sposób

Przetwory - surowiec zatracił swoją pierwotną indywidualność (masło, sery, marmolada, wyroby

wędliniarskie, pieczywo)

Produkty pochodne (derywaty) powstałe przez wyodrębnienie czystego składnika z surowca (mączka ziemniaczana, cukier buraczany)

Produkty pochodne przetworzone - otrzymane po przetworzeniu derywatów (syrop skrobiowy, karmel, miód sztuczny)

Wartość odżywcza i energetyczna produktów

Instytut Żywności i Żywienia opracował podział produktów spożywczych na 12 grup stanowiących źródło składników pokarmowych

Zdrowotność produktów spożywczych

Składa się:

Właściwy pod względem chemicznym zestaw składników pokarmowych, strawność i przyswajalność, świeżość, sposób bezpośredniego przygotowania do spożycia, brak zagrożeń dla zdrowia po spożyciu jednorazowym lub długotrwałym

1. Zanieczyszczenia żywności

Są to składniki obce. przechodzące do żywności z gleby, w ody i powietrza lub na skutek niestosowania

się do zasad dobrej praktyki produkcyjnej

2. Skażenia żywności

Są to zanieczyszczenia, które ze względu na rodzaj, natężenie lub ilość zagrażają zdrowiu człowieka

Zanieczyszczenia żywności: biologiczne, chemiczne, fizyczne

Zanieczyszczenia fizyczne pochodzą z:

- Niedostatecznie oczyszczonych surowców

- Niewłaściwych opakowań

- Zabrudzenia produktu w czasie zbioru, magazynowania lub transportu

Źródła pochodzenia: ziemia, piasek, cząstki opakowań, pozostałości po szkodnikach magazynowych

Zanieczyszczenia chemiczne powodowane są: rosnącym uprzemysłowieniem , wzrostem chemizacji

Źródła pośrednie: ścieki, dymy, pyły, odpady przemysłowe i komunalne, gazy spalinowe pojazdów Źródła bezpośrednie: chemiczne środki stosowane w intensywnej produkcji roślinnej i zwierzęcej oraz w przetwórstwie żywności

Zanieczyszczenia biologiczne: żywe drobnoustroje, pasożyty, szkodniki magazynowe

Skażenia żywności - zanieczyszczenia, które ze względu na rodzaj, natężenie lub ilość zagrażają zdrowiu człowieka

Skażenia żywności: pestycydy, dioksyny, antybiotyki, mikotoksyny, metale ciężkie, azotany (V i III), radionuklidy, drobnoustroje chorobotwórcze

Skażenia żywności pestycydami - głównie substancjami chemicznymi stosowanymi do ochrony roślin uprawnych

Skażenia żywności metalami ciężkimi - głównie rtęcią, ołowiem, kadmem pochodzącymi z emisji pyłów, gazów, ścieków

Skażenia żywności dioksvnami

Dioksyny - określenie grupy ponad 200 różnychzwiązków chemicznych, które powstają w procesach: spalania oraz wytwarzania i stosowania substancji chemicznych zawierających chlor np. w elektrowniach, spalarniach odpadów komunalnych, w zakładach chemicznych, papierniczych, hutach, cementów mach

Występują w spalinach samochodowych

Wpływ dioksyn na organizm:

- wywołują choroby nowotworowe

- uszkadzają system odpornościowy

- kumulują się w organizmie i mogą wywoływać choroby po wielu latach

Organizm człowieka: mięso, mleko, jaja, ryby

Skażenia żywności azotanami (V) i azotanami (III)

Mogą wystąpić w większych ilościach przy intensywnym nawożeniu sztucznymi nawozami azotowymi roślin - warzyw.

Ze związków tych w żywności i w organizmie słabo kwaśnym środowisku powstają silne rakotwórcze nitrozoaminy i nitrozoamidy. Przekroczenie dopuszczalnej zawartości tych związków wynosi 2000 mg N0₃ /1kg produktu spożywczego

Skażenia żywności antybiotykami

Antybiotyki stosowane są jako:

1. Dodatki do pasz aby zwiększyć przyrost mięsa zwierząt rzeźnych (aureomycyna) - mięso

2. W intensywnej hodowli drobiu (tetracykliny) - jaja

3. Przy leczeniu zwierząt (penicylina) - mleko

Skażenia żywności radionuklidami

Radionuklidy—izotopy radioaktywne (stront 90, cez 137, jod 131) powstałe w czasie doświadczalnych eksplozji nuklearnych, awarii elektrowni atomowej -występują w opadach radioaktywnych i skażają: atmosferę, glebę, wodę, rośliny, zwierzęta i człowieka

Skażenia żywności mikotoksynami

Toksyny produkowane są przez niektóre gatunki pleśni (z rodzaju Aspergillus, Penicillium, Fusarium).

Najczęściej występujące i mogące powodować zatrucia są grupy mikotoksyn: aflatoksyny, ochratoksyna A i cytrynina, zearalenon, trichoteceny, pautulina

Skażenia żywności drobnoustrojami chorobotwórczymi

Drobnoustroje chorobotwórcze lub ich toksyny powodują zatrucia

Zatrucia pokarmowe wywołują: wirusy, pleśnie, pierwotniaki, robaki, bakterie

Żywność może być przenośnikiem takich chorób bakteryjnych jak:

□ Gruźlica (Mycobacterium tuberculosis)

□ Brucelloza (Brucella abortus)

□ Błonica (Corynebacterium diphtheriae) Szkarlatyna (Streptococcus pyogenes)

Zabiegi zmniejszające niebezpieczeństwo przenoszenia chorób za pośrednictwem żywności:

- Ogrzewanie żywności (pasteryzacja, gotowanie, sterylizacja)

- Chlorowanie wody

Najczęściej zatrucia bakteryjne są wywoływane przez:

pałeczki Salmonella

gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus)

bakterie z grupy coli (Escherichia coli)

laseczki jadu kiełbasianego (Clostridium botiilimim)

laseczki zgorzeli gazowej {Clostridium welchii lub C. perfringens)

bakterie tlenowe z grupy „siennych" (Bacillus

cereus)

Ostatnio pojawiające się zatrucia bakteryjne to:

Vibrio (V. parahemoliticus)

Campylobacter (C. jejuni)

Listeria (L. monocytogenus)

Yersinia (Y. enterocolitica)

Zatrucia bakteriami jelitowymi:

Pałeczki duru brzusznego rzekomego (Salmonella)

Bakterie wywołujące czerwonkę (Shigela)

Bakterie z grupy pałeczki okrężnicy (Escherichia)

Yersinia

Salmonella, Yersinia, Escherichia - Szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Występują w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt ciepłokrwistych. Pasteryzacja niszczy je, groźne są zakażenia wtórne. zwierząt ciepłokrwistych.

Salmonella - rozwija się w temp. 4-46°C Przyczyna zachorowań

- pierwotne zakażenie żywności, np. surowe mleko, jaja, mięso

- wtórne spowodowane nieprzestrzeganiem zasad higieny podczas przerobu w zakładzie przemysłu spożywczego, w transporcie, magazynowaniu, sprzedaży w sklepie, przechowywaniu w domu

Objawy zatrucia: podwyższona temperatura, biegunka, bóle brzucha występujące po 6-48 h od spożycia, trwają kilka dni

Shigella wywołuje czerwonkę

Zakażenie po spożyciu zakażonej żywności (przez chore osoby, muchy).

Najczęściej występuję latem i jesienią-spożywanie niemytych owoców.

Objawy zatrucia: -gorączka -biegunka połączona z krwawieniem i wydalaniem dużej ilości śluzu

Okres wylęgania 2-7 dni, powikłania chorobowe: w układzie krążenia, w wątrobie, zapalenie stawów

Escherichia - formy chorobotwórcze

wytwarzają enterotoksyny wytrzymałe na ogrzewanie (nawet 100°C przez 15 min).

Wywołują zaburzenia przewodu pokarmowego

Łatwe do wykrycia - test tzw. miano coli - jest liczbą określającą najmniejszą ilość (cm3 lub g) badanego materiału, w której jeszcze stwierdza się obecność bakterii z grupy coli

Yersinia - dobrze rozmnaża się w temperaturze 3-25°C.

Występuje u ptaków, świń. królików, psów i kotów.

Wywołują zaburzenia żołądkowo-jelitowe u ludzi.

Gronkowce - temperatura rozwoju 5-45°C, dobrze znosi duże stężenia NaCl nie rozwija się przy pH poniżej 4,5. Źródłem zakażenia są ludzie będący nosicielami infekcji (z ropniakami czyrakami).

Pasteryzacja niszczy gronkowce, enterotoksyn nie. Najczęściej zakażenie gronkowcami następuje po pasteryzacji (zakażenie wtórne)

Zatrucie następuje:

-gdy żywność zostanie zakażona gronkowcami produkującymi toksyny (enterotoksyny)

-żywność pozostawiona przez dostatecznie długi czas potrzebny do wytworzenia enterotoksyn

Objawy zatrucia:

-zwiększone ślinienie się, nudności i wymioty -bóle brzucha, biegunka okres wylęgania 2-4 h produkty: lody, kremy, sałatki, zapiekanki

Jad kiełbasiany (botulizm)

Clostridium botulinum wytwarza egzotoksyny, które wywołują zatrucia. Powszechnie występuje w ziemi oraz w środowisku morskim - stąd zakażenia już surowca.

Zatrucia jadem kiełbasianym (botulizm)

Występuje w przypadku niewłaściwie utrwalonych, przechowywanych przez dłuższy czas konserwach warzywnych produkowanych sposobem domowym.

Objawy zatrucia:

-nudności, wymioty, niedomagania przewodu pokarmowego

-toksyny działają na obwodowy układ nerwowy

Ratunkiem jest szybkie podanie antytoksyny

Clostridium perfringens - rozwija się w temp. 20-55˚C

Zatrucie po spożyciu żywności gotowanej a następnie przechowywanej przez pewien czas. Należy unikać np. gotowania mięsa jednego dnia i jego dogotowywania drugiego dnia. Objawy zatrucia: bóle brzucha i biegunka czas inkubacji choroby 8-22h

Bacillus cereus i B. subtilis — powszechnie występują w przyrodzie, przetrzymują gotowanie, rozwijają się w temp. 10-50°C Objawy zatrucia: -zaburzenia przewodu pokarmowego zwykle bez gorączki

Vibro (V. parahemoliticus) - wywołuje chorobę zakaźną - cholerę

Bakterie przenoszone za pośrednictwem wody, żywności, kontakt osobisty z osobą zarażoną.

Campylobacter (C. jejuni) - występuje w postaci pałeczek w treści jelita Zwierząt domowych, ptaków -przyczyna masowych zatruć pokarmowych

Mikotoksyny

— sprzyjające warunki: duża wilgotność przy odpowiednio wysokiej temperaturze.

Aflatoksyny — nazwa od pierwszych liter grzyba Aspergillus flavus. Po raz pierwszy zostały wykryte w skażonej paszy. Skażone ziarno zbóż może być przyczyną skażenia produktów zbożowych. Kumulują się w organizmie i powodują zaburzenia metaboliczne, choroby wątroby, nerek, nawet nowotworowe.

Dopuszczalne zawartości aflatoksyn (B1, B2, G1, G2) w zbożach i i ch przetworach wynoszą 4 μg/kg

Ochratoksyna A - wytwarzana przez grzyby rodzaju Penicillium oraz Aspergillus. Pleśnie produkujące ją spotykane są bardzo często w zbożach uprawianych w krajach o klimacie chłodnym i umiarkowanym. Jest peptydem aminokwasu L-fenyloalaniny połączonym z pochodną kumaryny, zwaną ochratoksyna α. Nefrotoksyna, gdyż uszkadza głównie nerki. Zapobieganie - ziarno zbóż przechowywać o wilg. nie większej niż 13%.

Zearalenon - wytwarzany przez grzyby rodzaju Fusarium. Grzyby te atakują rośliny zbożowe i motylkowe - zgorzel siewek, źdźbła.Tworzy się w czasie wzrostu roślin lub magazynowania wilgotnych nasion. Działanie hormonalne-estrogeniczne. Na jej działanie wrażliwa trzoda chlewna - 100 mg/kg paszy powoduje bezpłodność macior.

Tricoteceny - wytwarzany przez grzyby rodzaju Fusarium. Poraża ziarna zbóż - w Polsce głównie F. culmorum. Skarmianie paszy czy spożycie żywności powoduje zanik apetytu, przy silnym zatruciu - śmierć z głodu.

Patulina — wytwarzana przez pleśnie z rodzaju Penicillium, Aspergillus, Byssochlamys, będących saprofitami i występujących na owocach i warzywach, mięsie, serach, ziarnie zbóż. Łatwo reaguje z białkami i kwasami nukleinowymi, podatna na działanie enzymów trawiennych — co zmniejsza niebezpieczeństwo zatrucia pokarmowego.

Działanie antybiotyczne - względem bakterii np. E. coli, S.aureus. Działanie u ludzi rakotwórcze - zmiany w wątrobie, nerkach, korze mózgowej.

zawartość w sokach nie może przekraczać 50 μg w 1kg

Wpływ wody na rozwój drobnoustrojów

□ Woda jest niezbędna do rozwoju drobnoustrojów

□ Przy obniżaniu zawartości wody w produkcie poniżej 50% następuje obniżenie jej aktywności lub

dostępności — woda związana

□ Aktywność wody a_w w żywności - stosunek ciśnienia pary wodnej nad żywnością p do ciśnienia pary wodnej nad czystą wodą p₀ w tej samej temperaturze a_w=p/p₀

Wpływ wody na rozwój drobnoustrojów

Wpływ aktywności wody na względną szybkość reakcji chemicznych i rozwój drobnoustrojów (wykres)

Utrwalanie żywności (konserwowanie) - jest to działanie zmierzające do przedłużenia trwałości żywności przez:

1. Niedopuszczenie do rozwoju i działalności drobnoustrojów (przez ich zabicie lub usunięcie z zabezpieczeniem przed zakażeniem wtórnym)

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

3. Wstrzymanie zmian fizycznych (np. zbrylania się, żelowania, twardnienia, rozwarstwiania i innych zmian struktury i

konsystencji)

4. Wstrzymanie zmian chemicznych (np. autooksydacji tłuszczu, utleniania witamin, nieenzymatycznego brunatnienia)

5. Zabezpieczenie przed inwazją i rozwojem różnego rodzaju szkodników (np. szkodników magazynowych)

6. Zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami fizycznymi, chemicznymi i pochodzenia organicznego (np. kurzem, ziemią, różnymi substancjami zapachowymi i barwnymi, sierścią)

7. Zabezpieczenie przed skażeniami (metalami ciężkimi, drobnoustrojami chorobotwórczymi i ich toksynami)

Zalety utrwalania żywności

Żywność może być przechowywana przez dłuższy czas

Żywność może być transportowana na większe odległości

Łagodzenie zjawiska sezonowości produkcji żywności w rolnictwie

Zaopatrywanie dużych ośrodków miejskich, leżących z dala od rejonów produkcji żywności

Ułatwia rozwijanie handlu zagranicznego żywnością

Lepsze wykorzystanie żywności np. w gospodarstwie domowym, turystyce, żegludze, wojsku

Utrwalanie żywności wykorzystuje metody:

Fizyczne, Chemiczne, Biotechnologiczne

Obniżanie temperatury Chłodzenie Zamrażanie

Ogrzewanie Pasteryzację Sterylizację

Odwadnianie Zagęszczanie Suszenie

Fizyczne:

Dodatek stabilizatorów do emulsji, pian, zoli

Dodatek substancji osmoaktywnych: cukier, sól

Stosowanie promieni jonizujących

Stosowanie gazów

Stosowanie wysokich ciśnień

Chemiczne:

Wędzenie

Peklowanie

Dodatek chemicznych środków konserwujących

Biotechnologiczne:

Stosowanie fermentacji

Mlekowej

Alkoholowej

Propionowej

Utrwalanie żywności metodami osmoaktywnymi

□ Osmoaktywne metody utrwalania żywności polegają na inaktywacji drobnoustrojów przez podniesienie ciśnienia osmotycznego.

□ Ten sposób nie zawsze działa zabójczo na drobnoustroje, w większości przypadków tylko hamuje ich rozwój

□ Ciśnienie osmoaktywne - różnica między ciśnieniem statycznym w roztworze i ciśnieniem statycznym w rozpuszczalniku (np. wodzie), przedzielonych przegrodą półprzepuszczalną (przepuszczalną tylko dla rozpuszczalnika) utrzymującą stan równowagi termodynamicznej w układzie.

Do metod osmoaktywnych zalicza się:

- Zagęszczanie

- Słodzenie

- Jednoczesne zagęszczanie i słodzenie

- Solenie

Zagęszczanie - usuwanie z roztworu części wody przez co wrasta udział suchej masy w roztworze i ciśnienie

osmotyczne. Zwykle do zawartości 30%

□ Może odbywać się:

- przez odparowanie wody w wyparkach jedno lub wielodziałowych, działających pod normalnym lub

zmniejszonym ciśnieniem

- wymrażanie - kriokoncentracja - odwróconą osmozę

Zagęszczanie (odparowanie wody) - nie daje pełnej gwarancji trwałości w przypadku produktów niekwaśnych

(mleko zagęszczone, pasty pomidorowe - dodatkowo stosowane pakowanie w puszki pasteryzacja lub sterylizacja)

Odparowywanie wody w wyparkach

□ Pod zwykłym ciśnieniem (wyparki otwarte)

□ Pod zredukowanym ciśnieniem (wyparki próżniowe)

□ Wyparki otwarte - naczynia płaskie podgrzewane od spodu bezpośrednio paliwami, gorącą wodą, parą lub elektrycznością (ze względu na jakość produktu nie podnosi się temperatury podczas koncentracji roztworów)

□ Mogą być wykorzystywane do zagęszczania roztworów o dużej lepkości

□ Wyparki próżniowe - stosowane do szybkiego odparowania dużych ilości wody i uzyskanie dobrej jakości koncentratu

□ Odparowanie wody następuje pod obniżonym ciśnieniem

(rysunek) Wyparka składa się z: właściwego aparatu wyparnego. skraplacza, pompy próżniowej

Opary odprowadzane z pierwszego działu są wprowadzane kolejno do następnych działów, ciepło oparów jest wykorzystywane do dalszego odparowywania. W każdym następnym dziale wrzenie odbywa się w coraz niższej temperaturze, dzięki coraz silniejszej redukcji ciśnienia

(rysunek) Dopływ zagęszczonego roztworu: Ogrzewacz, Oddzielanie oparów, Skraplacz, Usuwanie gazów nie skraplających się

Wymrażanie wody (kriokoncentracja) - w miarę stopniowego obniżania temperatury w roztworach soków tworzą się kryształki lodu składające się z czystej wody. W wyniku wymrażania można oddzielić 75-80% wody. Kryształki oddziela się od zagęszczonego soku najczęściej przez odwirowanie.

□ Stosowane do piwa, soków owocowych, wina

Osmoza - przenikanie rozpuszczalnika z roztworu o mniejszym stężeniu (lub z czystego rozpuszczalnika) do roztworu o większym stężeniu przez błonę przepuszczalną tylko dla

rozpuszczalnika.

(rysunek) Metoda odwróconej osmozy - wykorzystywana do zagęszczania soków owocowych, serwatki, białka jaja kurzego

a) Naturalna osmoza

b) Odwrócona osmoza

Półprzepuszczalne błony (z octanu celulozy) Umieszczane w specjalnych aparatach, do których pod ciśnieniem wprowadza się zagęszczony produkt

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

Przepływ rozpuszczalnika przez błonę - dopóki na skutek powiększania się objętości tego roztworu wzrost ciśnienia hydrostatycznego tej cieczy wywierany na powierzchnię membrany nie zrównoważy ciśnienia osmotycznego

Dodatkowe zwiększenie ciśnienia na membranę przez wywarcie ciśnienia zewnętrznego na powierzchnię roztworu spowoduje przepływ wody przez membranę w kierunku przeciwnym do kierunku przenikania osmotycznego - odwrócona osmoza

Dializa — zjawisko podobne do osmozy

□ Różnica — większa przepuszczalność błony, pozwalająca na samorzutne przechodzenie przez nią

nie tylko rozpuszczalnika ale i innych mikrocząsteczkowych składników w nim rozpuszczonych

□ Wykorzystanie - oddzielanie soli mineralnych np. z mleka, serwatki, koncentratów białkowych i innych surowców wykorzystywanych do produkcji odżywek dla niemowląt, do uzdatniania wody pitnej

Ultrafiltracja - podobnie jak odwrócona osmoza jest metodą membranową, w której stosuje się ciśnienie zewnętrzne.

□ Różni się od osmozy i dializy tym, że

selektywne przenikanie składników roztworu przez błonę pólprzepuszczalną nie zachodzi samorzutnie, ale jest wymuszane.

Słodzenie

-stężenie 25-35%- hamuje rozwój większości bakterii

-stężenie 65% - hamuje rozwój drożdży

-stężenie 75-85%- hamuje rozwój pleśni

Zagęszczanie i słodzenie - produkcja konfitur, owoców w cukrze, marmolad, dżemów, mleka zagęszczonego słodzonego

Solenie

-przy stężeniu 18-20% trwałość produktu zadowalająca -stężenie 2% - hamuje rozwój bakterii z grupy coli i niektóre gnilne

-stężenie 3% - pobudza działalność bakterii fermentacji mlekowej, ich działalność hamuje stężenie 12-15%

-stężenie powyżej 10% - hamuje rozwój mikroflory chorobotwórczej

- stężenie powyżej 15% - hamuje rozwój drożdży

Działanie soli na tkanki roślinne i

zwierzęce

□ oparte na zjawisku dyfuzji i osmozy

-sól powoduje odciąganie wody z komórek i kurczenie się protoplazmy

- błony komórkowe tracą swą półprzepuszczalność - obustronna dyfuzja (sól z solanki przenika do komórek, sok komórkowy przedostaje się do solanki)

-po kilku dniach stężenie soli w produkcie i solance wyrównuje się

Produkty

1. Ryby (zawartość soli w śledziach 17-25%

2. Warzywa i grzyby (stężenie w gotowym produkcie 12-16%)

3. Mięso i przetwory mięsne (słonina) - w postaci peklowania (utrwalanie barwy i polepszenie cech organoleptycznych)

□ Odsolenie do 1-3%

Utrwalanie żywności metodami suszenia

□ Produkt wysuszony do zawartości wody od kilku do kilkunastu procent

□ Podczas suszenia konieczne jest doprowadzenie ciepła - odparowanie wody i odprowadzenie powstającej pary w strumieniu powietrza lub gazów spalinowych

□ Obniżenie zawartości wody jest w celu uniemożliwienia rozwoju drobnoustrojów, zahamowania przemian enzymatycznych i nieenzymatycznych.

- obniżenie zawartości wody do 5% - zahamowanie rozwoju mikroflory

- obniżenie zawartości wody poniżej 5% - zahamowanie przemian enzymatycznych

Systemy suszenia

□ Suszenie naturalne - ciepło promieniowania słonecznego i ciepło zawarte w powietrzu

- Suszenie słoneczno-powietrzne

- Suszenie wietrzno-powietrzne

□ Suszenie sztuczne - ciepło uzyskiwane za pomocą urządzeń grzejnych

□ Suszenie sztuczne — rodzaje:

- Kondukcyjne - przez przewodzenie, w wyniku kontaktu wilgotnego materiału z ogrzewanymi wewnętrznie metalowymi pólkami, podłogą

- Konwekcyjne - metodą owiewu gorącym powietrzem lub gazem

- Radiacyjne - promieniowanie cieplne podczerwone

- Dielektryczne - przez umieszczenie wilgotnego materiału między okładkami kondensatora włączonego do obwodu drgań elektromagnetycznych wielkiej częstotliwości

Urządzenia do suszenia materiałów - suszarki

□ Otwarte

□ Komorowe (szafowe)

□ Tunelowe

□ Karuzelowe

□ Taśmowe

□ Bębnowe

□ Walcowe

□ Rozpyłowe

□ Fluidyzacyjne

□ Próżniowe

□ Sublimacyjne (liofilizacyjne)

Nowe metody suszenia

□ Suszenie azeotropowe (dodatek składnika tworzącego z wodą mieszaninę azeotropową o temp. wrzenia niższej od temp. wrzenia wody i suszeniu aż do całkowitego usunięcia

składnika azeotropowego)

□ Suszenie w strumieniu gorącego gazu (o temp. ok. 1400°C płynącego z dużą szybkością i pulsującego z częstotliwością 250Hz dzięki rezonansowej komorze spalania)

□ Suszenie materiału płynnego w stanie spienionym (po uprzednim dodatku do płynu gazu obojętnego np.C0₂)

□ Suszenie fluidyzacyjne z wykorzystaniem wibracji i pulsacji

Utrwalanie żywności metodą suszenia

□ Wpływ suszenia na jakość żywności zależy od:

-rodzaju i jakości żywności suszonej

-sposobu jej obróbki przed suszeniem

-zastosowanej metody suszenia

Zmiany suszarnicze dotyczą takich cech jak: tekstura, smak i zapach, barwa, wartość odżywcza

Niekorzystne zmiany żywności

□ Utlenianie (zwłaszcza wit. C)

□ Autooksydacja tłuszczu

□ Reakcje Maillarda

□ Stopniowa denaturacja białka

□ Krystalizacja błonnika i pektyn

□ Retrogradacja skrobi

□ Ulatnianie się substancji zapachowych

□ Zmiany barwy (pociemnienie lub pojaśnienie)

□ Utrata zdolności do rehydratacji czy rozpuszczania się w wodzie

Produkty

□ Owoce - zawartość wody ok. 15%

□ Warzywa - zawartość wody ok. 10%

□ Proszek mleczny - zawartość wody nie więcej niż 4%

Branże wykorzystujące suszenie

□ Przemyśl owocowo-warzywny (owoce, warzywa, grzyby)

o Przemysł mleczarski (mleko, maślanka, serwatka, odżywki z mleka)

a Przemysł ziemniaczany (mączka ziemniaczana, płatki ziemniaczane, puree ziemniaczane)

□ Przemysł koncentratów spożywczych (kawa, herbata, zupy, odżywki)

□ Przemysł zbożowo-młynarski (płatki owsiane i ryżowe, makarony)

□ Przemysł jajczarski (proszek jajeczny, suszone żółtka, albumina)

□ Przemysł mięsny i rybny (suszenie mięsa, ryb)

□ Rolnictwo (suszenie wysłodków buraczanych wytłoków ziemniaczanych, pasz zielonych)

Utrwalanie żywności przez zakwaszanie

□ Powstające w czasie dysocjacji kwasów jony wodorowe hamują rozwój mikroflory.

□ Zakwaszanie połączone z zabiegami termicznymi przy spieszą zabijanie mikroflory.

Utrwalanie żywności przez zakwaszanie

□ Hamujące działanie jonów wodorowych jest różne dla poszczególnych grup drobnoustrojów:

Bakterie gnilne wrażliwe na kwasy	pH≤	6,5
Bakterie gnilne mniej wrażliwe na kwasy	pH≤	5,9
Bakterie tlenowe przetrwalnikujące	pH≤	5,5
Bakterie coli wrażliwe na kwasy	pH≤	5,0
Bakterie coli mniej wrażliwe na kwasy	pH≤	4,5
Bakterie masłowe (przetrwalnikujące)	pH≤	4,2
Pałeczki duru lub duru rzekomego (Salmonella)	pH≤	4,0
Bakterie mlekowe	pH≤	3,5
Drożdże	pH≤	2,5
Pleśnie	pH≤	2,0

□ Zakwaszanie środowiska poza działaniem hamującym w stosunku do mikroflory hamuj także procesy.

- oddechowe w tkankach

- enzymatyczne

- oksydacyjne w tkankach

□ Ze względów smakowych produkty utrwalone przez zakwaszanie nie mogą wykazywać wyższej kwasowości niż pH 2,6-2,7.

□ Metoda ta wyklucza rozwój: najbardziej szkodliwych form proteolitycznych, z grupy coli. bakterii masłowych i większości bakterii chorobotwórczych

□ Metoda ta nie wyklucza rozwoju, drożdży, pleśni

Konserwowanie metodą zakwaszania:

□ Kiszenie na skutek fermentacji mlekowej

□ Marynowanie - dodatek kwasów organicznych

□ Utrwalanie kwasami nieorganicznymi

□ Kiszenie - utrwalanie kwasem mlekowy m. który wytwarza się w wyniku fermentacji prowadzonej przez bakterie fermentacji mlekowej

□ Wytworzony w czasie fermentacji kwas mlekowy w ilości 0,8-1,8%powoduje wzrost stężenia jonów wodorowych do pH 4-3,5

□ Kiszenie:

- Warzyw - kapusta, ogórki, buraki ćwikłowe, pomidory, oliwki

- Owoce - jabłka, gruszki, śliwki

- Kiszenie pasz zielonych

- Mleczne napoje fermentowane - mleko zsiadłe, jogurt, kefir, kumys

□ Marynowanie - czynnik konserwujący

jony wodorowe wytworzone podczas umiarkowanej dysocjacji kwasów organicznych w czystej wodzie

□ kwasy: octowy, mlekowy, cytrynowy, jabłkowy, winowy

Marynowanie:

□ Grzyby

□ Ogórki - konserwowe, korniszony

□ Inne warzywa - buraczki młode, ćwikła, cebula

□ Pikle - mieszanka warzyw (seler, jarmuż, cebula, ogórki

□ Owoce - śliwki, gruszki, brzoskwinie

□ Ryby

Utrwalanie kwasami nieorganicznymi:

□ Kwas o-fosforowy - napoje chłodzące, np. typu Cola (0.6g/l)

□ Kwas węglowy - napoje gazowane - woda sodowa, lemoniada, woda mineralna (rozpuszczony w wodzie C0₂ powoduje przesunięcie się pH w kierunku kwaśnym) (zużycie C0₂ - woda sodowa 30-35g/l. lemoniada lub oranżada 25g/l

Chemiczne utrwalanie żywności

□ Do chemicznych środków konserwujących należą związki powodujące utrwalanie przy stosunkowo małych dawkach 0,1-0.2%.

□ Dodatek soli. cukru, etanolu, kwasu mlekowego nie jest zaliczany do metod chemicznych

Wykład 6

Utrwalanie żywności

Wpływ wody na rozwój drobnoustrojów

□ Woda jest niezbędna do rozwoju drobnoustrojów

□ Przy obniżaniu zawartości wody w produkcie poniżej 50% następuje obniżenie jej aktywności lub dostępności - woda związana

□ Aktywność wody a_w w żywności - stosunek ciśnienia pary wodnej nad żywnością p do ciśnienia pary wodnej nad czystą wodą p₀ w tej samej temperaturze a_w = p/ p₀

Utrwalanie żywności (konserwowanie)

□ Jest to działanie zmierzające do przedłużenia trwałości żywności przez:

1. Niedopuszczenie do rozwoju i działalności drobnoustrojów (przez ich zabicie lub usunięcie z zabezpieczeniem przed zakażeniem wtórnym)

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

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

4. Wstrzymanie zmian chemicznych (np. autooksydacji tłuszczu, utleniania witamin, nieenzymatycznego brunatnienia)

5. Zabezpieczenie przed inwazją i rozwojem różnego rodzaju szkodników (np. szkodników magazynowych)

6. Zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami fizycznymi, chemicznymi i pochodzenia organicznego (np. kurzem, ziemią, różnymi substancjami zapachowymi i barwnymi, sierścią)

7. Zabezpieczenie przed skażeniami (metalami ciężkimi, drobnoustrojami chorobotwórczymi i ich toksynami)

Zalety utrwalania żywności

□ Żywność może być przechowywana przez dłuższy czas

□ Żywność może być transportowana na większe odległości

□ Łagodzenie zjawiska sezonowości produkcji żywności w rolnictwie

□ Zaopatrywanie dużych ośrodków miejskich, leżących z dala od rejonów produkcji żywności

□ Ułatwia rozwijanie handlu zagranicznego żywnością

□ Lepsze wykorzystanie żywności np. w gospodarstwie domowym, turystyce, żegludze, wojsku

Utrwalanie żywności - wykorzystuje metody

- Fizyczne

Obniżanie temperatury: Chłodzenie, Zamrażanie

Ogrzewanie: Pasteryzację Sterylizację

Odwadnianie: Zagęszczanie Suszenie

Dodatek stabilizatorów (do emulsji, pian, zoli)

Dodatek substancji osmoaktvwnvch: cukier, sól

Stosowanie promieni jonizujących

Stonowanie wysokich ciśnień

Stosowanie gazów

- Chemiczne

Wędzenie

Peklowanie

Dodatek chemicznych środków konserwujących

- Biotechnologiczne

Stosowanie fermentacji: Mlekowej, Alkoholowej, Propionowej

Utrwalanie żywności metodami osmoaktywnymi

Do metod osmoaktywnych zalicza się:

- Zagęszczanie

- Słodzenie

- Jednoczesne zagęszczanie i słodzenie

- Solenie

Zagęszczanie - usuwanie z roztworu części wody przez co wrasta udział suchej masy w roztworze i ciśnienie osmotyczne. Zwykle do zawartości 30%

□ Może odbywać się:

- przez odparowanie wody w wyparkach jedno lub wielodziałowych. działających pod normalnym lub zmniejszonym ciśnieniem

- wyważanie - kriokoncentracja odwróconą osmozę

Odparowywanie wody w wyparkach

□ Pod zwykłym ciśnieniem (wyparki otwarte)

□ Pod zredukowanym ciśnieniem (wyparki próżniowe)

Wyparki otwarte - naczynia płaskie podgrzewane od spodu bezpośrednio paliwami, gorącą wodą, parą lub elektrycznością (ze względu na jakość produktu nie podnosi się temperatury podczas koncentracji roztworów)

□ Mogą być wykorzystywane do zagęszczania roztworów o dużej lepkości

Wyparki próżniowe - stosowane do szybkiego odparowania dużych ilości wody i uzyskanie dobrej jakości koncentratu □ Odparowanie wody następuje pod obniżonym ciśnieniem

Wymrażanie wody (kriokoncentracja) — w miarę stopniowego obniżania temperatury w roztworach soków tworzą się kryształki lodu składające się z czystej wody. W wyniku wymrażania można oddzielić 75-80% wody. Kryształki oddziela się od zagęszczonego soku najczęściej przez odwirowanie. □ Stosowane do piwa, soków owocowych, wina

Osmoza — przenikanie rozpuszczalnika z roztworu o mniejszym stężeniu (lub z czystego rozpuszczalnika) do roztworu o większym stężeniu przez błonę przepuszczalną tylko dla rozpuszczalnika.

Odwrócona osmoza - zmiana kierunku osmozy następuje, jeżeli od strony roztworu o wyższym stężeniu składników zastosuje się z zewnątrz ciśnienie wyższe od osmotycznego. Następuje zmiana kierunku dyfuzji wody i niskoczasteczkowych składników. Woda przenika z roztworu bardziej stężonego do mniej stężonego.

Metoda odwróconej osmozy - wykorzystywana do zagęszczania soków owocowych, serwatki, białka jaja kurzego

Dializa - zjawisko podobne do osmozy

□ Różnica - większa przepuszczalność błony, pozwalająca na samorzutne przechodzenie przez nią nie tylko rozpuszczalnika ale i innych mikrocząsteczkowych składników w nim rozpuszczonych

□ Wykorzystanie - oddzielanie soli mineralnych np. z mleka, serwatki, koncentratów białkowych i innych surowców wykorzystywanych do produkcji odżywek dla niemowląt, do uzdatniania wody pitnej

Ultrafiltracja - podobnie jak odwrócona osmoza jest metodą membranową, w której stosuje się ciśnienie zewnętrzne.

□ Różni się od osmozy i dializy tym, że selektywne przenikanie składników roztworu przez błonę półprzepuszczalną nie zachodzi samorzutnie, ale jest wymuszane.

Słodzenie

-stężenie 25-35% - hamuje rozwój większości bakterii -stężenie 65% - hamuje rozwój drożdży -stężenie 75-85% - hamuje rozwój pleśni Zagęszczanie i słodzenie (produkcja konfitur, owoców w cukrze, marmolad, dżemów, mleka zagęszczonego słodzonego

Solenie

-przy stężeniu 18-20% trwałość produktu zadowalająca -stężenie 2% - hamuje rozwój bakterii z grupy coli i niektóre gnilne

-stężenie 3% - pobudza działalność bakterii fermentacji mlekowej, ich działalność hamuje stężenie 12-15%

-stężenie powyżej 10% - hamuje rozwój mikroflory chorobotwórczej

-stężenie powyżej 15% - hamuje rozwój drożdży Produkty:

1. Ryby (zawartość soli w śledziach 17-25%

2. Warzywa i grzyby (stężenie w gotowym produkcie 12-16%)

3. Mięso i przetwory mięsne (słonina) - w postaci peklowania

Utrwalanie żywności metodami suszenia

□ Obniżenie zawartości wody jest w celu uniemożliwienia rozwoju drobnoustrojów, zahamowania przemian enzymatycznych i nieenzymatycznych.

- obniżenie zawartości wody do 5% - zahamowanie rozwoju mikroflory

- obniżenie zawartości wody poniżej 5% - zahamowanie przemian enzymatycznych

Systemy suszenia

□ Suszenie naturalne - ciepło promieniowania słonecznego i ciepło zawarte w powietrzu

- Suszenie słoneczno-powietrzne

- Suszenie wietrzno-powietrzne

□ Suszenie sztuczne — ciepło uzyskiwane za pomocą urządzeń grzejnych

Rodzaje suszenia sztucznego

Kondukcyjne - przez przewodzenie, w wyniku kontaktu wilgotnego materiału z ogrzewanymi wewnętrznie metalowymi półkami, podłogą

Konwekcyjne - metodą owiewu gorącym powietrzem lub gazem

Radiacyjne - promieniowanie cieplne podczerwone

Dielektryczne - przez umieszczenie wilgotnego materiału między okładkami kondensatora włączonego do obwodu drgań elektromagnetycznych wielkiej częstotliwości

Urządzenia do suszenia materiałów -suszarki:

Otwarte, Komorowe (szafowe), Tunelowe, Karuzelowe, Taśmowe, Bębnowe, Walcowe, Rozpyłowe, Fluidyzacyjne, Próżniowe, Sublimacyjne (liofilizacyjne)

Sublimacja

Parowanie wody odbywa się bezpośrednio z kryształków lodu, z pominięciom fazy ciekłej. Parowanie takie nazywa się sublimacja i zachodzi poniżej tzw. punktu potrójnego. w którym woda występuje w 3 fazach:

- płynnej

- stałej

- gazowej

Punkt len osiąga woda: w temp. 0,01"C, przy ciśnieniu 610 Pa

Nowe metody suszenia

□ Suszenie azeotropowe (dodatek składnika tworzącego z wodą mieszaninę azeotropową o temp. wrzenia niższej od temp. wrzenia wody i suszeniu aż do całkowitego usunięcia składnika azeotropowego)

□ Suszenie w strumieniu gorącego gazu (o temp. ok. 1400°C płynącego z dużą szybkością i pulsującego z częstotliwością 250Hz dzięki rezonansowej komorze spalania)

□ Suszenie materiału płynnego w stanie spienionym (po uprzednim dodatku do płynu gazu obojętnego np.CO₂)

□ Suszenie fluidyzacyjne z wykorzystaniem wibracji i pulsacji

Niekorzystne zmiany żywności w czasie suszenia

□ Utlenianie (zwłaszcza wit. C)

□ Autooksydacja tłuszczu

□ Reakcje Maillarda

□ Stopniowa denaturacja białka

□ Krystalizacja błonnika i pektyn

□ Retrogradacja skrobi

□ Ulatnianie się substancji zapachowych

□ Zmiany barwy (pociemnienie lub pojaśnienie)

□ Utrata zdolności do rehydratacji czy rozpuszczania się w wodzie

Branże wykorzystujące suszenie

□ Przemysł owocowo-warzywny (owoce, warzywa, grzyby)

o Przemysł mleczarski (mleko, maślanka, serwatka, odżywki z mleka)

□ Przemysł ziemniaczany (maczka ziemniaczana, płatki ziemniaczane, puree ziemniaczane)

□ Przemysł koncentratów spożywczych (kawa, herbata, zupy, odżywki)

□ Przemysł zbożowo-młynarski (płatki owsiane i ryżowe, makarony)

□ Przemysł jajczarski (proszek jajeczny, suszone żółtka, albumina)

□ Przemysł mięsny i rybny (suszenie mięsa, ryb)

Utrwalanie żywności przez zakwaszanie

Konserwowanie metodą zakwaszania:

□ Kiszenie na skutek fermentacji mlekowej

□ Marynowanie - dodatek kwasów organicznych

□ Utrwalanie kwasami nieorganicznymi

Kiszenie - utrwalanie kwasem mlekowym, który wytwarza się w wyniku fermentacji prowadzonej przez bakterie fermentacji mlekowej

Wytworzony w czasie fermentacji kwas mlekowy w ilości 0,8-1,8% powoduje wzrost stężenia jonów wodorowych do pH 4-3,5

Produkty:

Warzywa - kapusta, ogórki, buraki ćwikłowe, pomidory, oliwki

Owoce - jabłka, gruszki, śliwki

Mleczne napoje fermentowane - mleko zsiadłe, jogurt, kefir, kumys

Kiszenie pasz zielonych

□ Marynowanie - czynnik konserwujący - jony wodorowe wytworzone podczas umiarkowanej dysocjacji kwasów organicznych w czystej wodzie

□ Kwasy: octowy, mlekowy, cytrynowy, jabłkowy, winowy

Marynowanie:

□ Grzyby

□ Ogórki - konserwowe, korniszony

□ Inne warzywa - buraczki młode, ćwikła, cebula

□ Pikle - mieszanka warzyw (seler, jarmuż, cebula, ogórki

□ Owoce - śliwki, gruszki, brzoskwinie

□ Ryby

Utrwalanie kwasami nieorganicznymi:

□ Kwas o-fosforowy - napoje chłodzące, np. typu Cola (0,6g/l)

□ Kwas węglowy — napoje gazowane — woda sodowa, lemoniada, woda mineralna (rozpuszczony w wodzie C0₂ powoduje przesunięcie się pH w kierunku kwaśnym) (zużycie C0₂ - woda sodowa 30-35g/l, lemoniada lub oranżada 25g/l

Chemiczne utrwalanie żywności

□ Do chemicznych środków konserwujących należą związki powodujące utrwalanie przy stosunkowo małych dawkach 0,1-0,2%.

□ Dodatek soli, cukru, etanolu, kwasu mlekowego nie jest zaliczany do metod chemicznych

Charakterystyka środków konserwujących

Bifenyl (dwufenyl E230)

□ Środek grzybobójczy (powierzchnia cytrusów)

□ Dopuszczalne dzienne spożycie (AD1) 0-0,05mg/kg masy ciała

□ Stosowane dawki 0,07g/kg

Ortofenyfofenol (E231) i jego sól sodowa (E232)

□ Dopuszczalne dzienne spożycie (ADI) 0-0,2 mg/kg masy ciała

□ Stosowane dawki 0,012g/kg

Kwas benzoesowy (E200), sól sodowa (E211), potasowa (E212) i wapniowa (E213)

□ Działanie konserwujące - oddziaływanie na błonę komórkową oraz hamuje wiele reakcji enzymatycznych

□ Dopuszczalne dzienne spożycie (ADI) 0-5mg/kg masy ciała/dzień

□ Stosowane dawki w środkach spożywczych i używkach 0,08g/kg, w napojach typu Cola do 1 g/kg, w margarynie i tłuszczach piekarskich, koncentracie pomidorowym do l,5g/kg

Estry kwasu p-hydroksybenzoesowego i ich sole (parabeny) w porównaniu z kwasem benzoesowym i innymi kwasami hamują rozwój drobnoustrojów w środowisku obojętnym i zasadowym

- Ester etylowy (E214) i jego sól sodowa (E215)

- Ester propylowy (E216) i jego sól sodowa (E217)

- Ester metylowy (E218) i jego sól sodowa (E219)

□ Dopuszczalne dzienne spożycie (A DI) 0-10 mg/kg masy ciała/dzień

□ Stosowane dawki w środkach spożywczych do 1%, w środowisku kwaśnym wystarcza dawka 0,05-0,075%

Kwas sorbowy oraz jego sole: potasowa (E202), sodowa (E201), wapniowa (E203)

□ W środowisku kwaśnym hamuje rozwój drożdży i pleśni (dawka 0,05%) - kapusta i ogórki kiszone, marynaty

□ Konserwujące działanie - hamowanie działalności enzymów (dehydrogenaz)

□ Dopuszczalne dzienne spożycie (ADI) 0-25mg/kg masy ciała/dzień

□ Stosowane dawki kwasu w środkach spożywczych

0,1-0,15%. a soli 0,02-0,15%

Kwas propionowy i jego sole: sodu, potasu i wapnia

□ Kwas propionowy może powstawać w fermentacji (sery)

□ Sole hamują rozwój pleśni, drożdży i laseczki ziemniaczanej

□ ADI nie jest określane

□ Stosowane dawki do chleba, wyrobów ciastkarskich ,.2% w stosunku do mąki

Azotany(Y) i azotany(Ill): azotan(V) sodu (E251) lub potasu (E252) oraz azotan(III) sodu lub potasu

□ Stosowane wraz z solą do konserwacji mięsa (suche peklowanie)

□ Azotany( V) - konserwujące działanie dopiero po

przekształceniu w azotany(IH)

□ Azotan(lll) - słabe działanie antybakteryjne, nic hamują rozwoju drożdży i pleśni

□ Hamują rozwój bakterii (Clostridium botulinum. Cl. butyricum)

□ ADI dla azotanowi (V) 0-3.7 mg/kg masy ciała, dla azotanów (111) 0-0.6 mg/kg masy ciała

□ Stosowane dawki do salami 0,4 g/kg w tym azotanów(III) nie więcej niż 0,06g/kg; do serów podpuszczkowych dojrzewających 0,05g/kg w tym azotanów(III) do 0,002g/kg

Inne środki o działaniu bakteriostatycznym

□ Antybiotyki - penicylina, streptomycyna, nizyna

□ Substancje uprowadzane z dymem wędzarniczym

□ Fitoaleksyny i fitoncydy - olejki musztardowe, czosnkowe, goryczkowe chmielu

Substancje zapobiegające zmianom chemicznym

□ Przeciwutlenłacze - hamują procesy utleniania składników: tokoferole (0,02%), butylohydroksyanizol (0,01%), galusany (0,01%), kwas L-askorbinowy (0,05-0,5%)

□ Synergenty -regenerujące przeciwutleniacze i przedłużające ich właściwości wiązania wolnych rodników: kwas cytrynowy i jego sole sodowa i potasowa, kwas mlekowy

Niekonwencjonalne i skojarzone metody utrwalania żywności

- Radiacyjne utrwalanie wykorzystuje promieniowanie: jonizujące, nadfioletowe, podczerwone, ultradźwięki

- Mechaniczne metody utrwalania żywności: filtrowanie, wirowanie, metoda wysokich ciśnień, klarowania, zabijanie szkodników w aparatach udarowych

Substancje mało agresywne lub obojętne jako czynniki utrwalania żywności

Gazy

□ Tlen - wysokie stężenie tlenu stosowane w utrwalaniu mleka -metoda Hofiusa. Richtera, Wisera

□ Azot - wprowadzany w miejsce usuniętego tlenu -suche produkty w hermetycznym opakowaniu

Tłuszcz - czynnik utrwalający

□ Olej roślinny — konserwy (rybne) - faza ciekła, uniemożliwia rozwój drobnoustrojów (olej przenika do przestrzeni międzykomórkowych i eliminuje wodę - najważniejszy parametr rozwoju drobnoustrojów)

Alkohol etylowy - słabe działanie bakteriobójcze, skutecznie hamuje rozwój drożdży i pleśni (18% obj. tj. 14,3%wag.)

□ Zapobiega zafermentowaniu w przetwórstwie owocowym, winiarskim, w produkcji spirytusu

□ Konserwowanie:

-naturalne - alkohol powstaje w wyniku fermentacji alkoholowej

-sztuczne - dodatek spirytusu 96% (soki owocowe -morsy, wina)

Utrwalanie przez usunięcie pewnych składników

□ Metody pozwalające na usunięcie tlenu lub wody:

□ Odpowietrzanie w apertyzacji

□ Odwadnianie - systemy koncentracji i suszenia żywności

Skojarzone metody utrwalania żywności

Wykorzystanie więcej niż jednego czynnika konserwującego (stosowane jednocześnie lub mogą następować po sobie)

□ Zagęszczanie i dodatek substancji osmoaktywnej (mleko zagęszczane z cukrem)

□ Zakwaszanie i pasteryzacja (konserwowane ogórki)

□ Pasteryzacja i późniejsze przechowywanie w obniżonej temperaturze

□ Dodawanie konserwantów do produktów fermentowanych

Wykład 7

Procesy biotechnologiczne w technologii żywności

Operacje i procesy związane z przetwarzaniem żywności

Procesy biotechnologiczne

Polegają one na zastosowaniu systemów biologicznych do celów produkcyjnych.

Systemem biologicznym mogą być: żywe organizmy, organy, tkanki, komórki, części komórek, enzymy, geny

Podział procesów biotechnologicznych

Podział ze względu na wykorzystanie w nich:

□ biosyntezy masy komórkowej,

□ fermentacji,

□ produkcji metabolitów drobnoustrojów: węglowodanów, antybiotyków, kwasów tłuszczowych, związków aromatycznych

□ produkcji enzymów

Zalety procesów biotechnologicznych

□ duża możliwość wytwarzania, przetwarzania i modyfikowania żywności (np. żywność prozdrowotna)

□ możliwość wykorzystania produktów ubocznych odpadów

□ duża wydajność procesu

□ wymagają stosunkowo niskich temperatur

Wady procesów biotechnologicznych

□ podatność drobnoustrojów na mutacje i konieczność stosowania drobnoustrojów o ściśle określonych cechach użytkowych

□ wrażliwość drobnoustrojów na czynniki zewnętrzne, zanieczyszczenie innymi drobnoustrojami i fagami, konieczność zachowania aseptycznych warunków produkcji.

Procesy produkcji biomasy

Produkcja biomasy jest jednym z głównych kierunków wykorzystania procesów biotechnologicznych.

Produkcja biomasy to proces charakteryzujący się: przewagą procesów anabolicznych (związanych z budową nowych komórek) nad katabolicznymi (przemiany typu rozkładu).

W produkcji biomasy wyróżnia się

1. fazę wstępną: A) wybór mikroorganizmów do hodowli, B) przygotowanie kultury roboczej,

C) przygotowanie zbiornika, D) przygotowanie podłoża roboczego, zaszczepienie podłoża

2. fazę główną obejmującą hodowlę produkcyjną;

3. fazę końcową; oddzielenie komórek, oczyszczenie biomasy, prasowanie komórek lub. uzdatnianie biomasy lub dezintegracię komórek, suszenie, pakowanie i inne

A. Wybór mikroorganizmów

Pod uwagę bierze się cechy drobnoustrojów:

1. wymagania pokarmowe, skład chemiczny surowca służącego do przygotowania podłoża hodowlanego

-autotroły (samożywne. wykorzystują O2, N2, CO2 H₂, NO₂, S0₄, P0₄, -NH4)

- heterotroty (wymagają związków organicznych)

- miksotrofy (odżywiają się w sposób mieszany)

2. wymagania tlenowe:

- aeroby (tlenowce),

- anaeroby (beztlenowce) i

- typu mieszanego (względne beztlenowce)

3. wymagania pod względem temperatury (°C)

	minimum	optimum	maksimum
psychrofile	0	10-20	30
mezofile	10	20-40	45
termofile	30	50-60	70

4. wymagania pod względem pH wartości graniczne

bakterie gnilne wrażliwe na kwas	pH<= 6.5
bakterie masłowe	pH<= 4,2
drożdże	pH<=2,5
pleśnie	pH<=2,0

5. wymagania dotyczące ciśnienia osmotycznego

różne drobnoustroje różne, ale z reguły maksymalne to 0.5-1,5-2,0 MPa

6. odporność na wahania czynników środowiskowych

- organizmy stenotypowe - o malej tolerancji

- organizmy eurotypowe - o dużej tolerancji

7. skład chemiczny masy komórkowej, zawartość w niej

czynników szkodliwych dla zdrowia (toksyn, antybiotyków), jakość organoleptyczna (zapach

barwa, smak)

% s.s	Białko	tłuszcze	kw.nukleinowe
bakterie	50-90	1	5-50
pleśnie	10-25	2-7	1-3
drożdże	40-50	1-6	4-10

8. wielkość komórek, grubość ścian komórkowych

wydzielanie śluzu

Przygotowanie materiału szczepiennego

Wstępne rozmnożenie szczepionki czystej kultury

na coraz większą ilość podłoża, tak aby ilość ^; zaszczepu wynosiła od kilku do kilkunastu procent

Przygotowanie zbiornika (tanku fermentacyjnego)

1. sprawdzenie czystości

2. sprawdzenie sprawności urządzeń

3. mycie, dezynfekcja

□ Czasami sterylizację zbiornika przeprowadza się razem z podłożem po napełnieniu.

Przygotowanie podłoża roboczego do hodowli

Różne zabiegi m.in.

1. rozpuszczenie składników stałych,

2. rozcieńczenie płynnych,

3. filtracja płynnych,

4. korygowanie pH,

5. uzupełnienie składu przez dozowanie różnych dodatków. Gdy surowiec wymaga większej obróbki wstępnej

6. hydroliza składników,

7. usuwanie czynników hamujących rozwój drobnoustrojów

□ Kontrola braku substancji trujących dla ludzi i

zwierząt; trudnych do usunięcia z biomasy (najlepiej stosować surowce bezpieczne pod tym względem melasa, serwatka)

□ Podłoże wyjaławia się, zwykle metodami termicznymi

Hodowla drobnoustrojów

Zapewnienie drobnoustrojom optymalnych warunków do rozwoju;

1. temperatury (ogrzewanie lub oziębianie podłoża)

2. pH (korygowanie przez dodatek higu lub kwasu)

3. kompletności składu podłoża (uzupełnianie czego zbyt mało)

4. stężenia tlenu (napowietrzanie przy hodowli tlenowych)

5. światła (hodowla fotoautotrofów)

6. mieszanie zawartości tanku

7. usuwanie piany lub jej niszczenie

Sposoby prowadzenia hodowli: okresowy, ciągły, mieszany

Faza końcowa

1. Oddzielenie i oczyszczenie komórek od podłoża (np.

wirowanie, płukanie oddzielonej biomasy)

2. Dalsze czynności zależne od przeznaczenia biomasy:

- drożdże piekarskie - prasowanie, suszenie

- pasze - uzdatnianie w celu zwiększenia wartości

odżywczej i poprawy cech sensorycznych

- gdv surowiec do otrzymywania witamin itp. -dezintegracja (rozdrabnianie), oddzielenie składników i oczyszczenie

Produkcja drożdży

Cel: drożdże piekarskie, paszowe, pożywienie dla ludzi, źródło białek i witamin z grupy B

Środowisko odżywcze: drożdże piekarskie i paszowe -rozcieńczony melas wzbogacony w sole fosforanowe i anionowe, bardzo intensywnie napowietrzam koncentraty witaminowe - serwatka

Zagrożenia: produkcja etanolu

Produkcja biomasy bakteryjnej

Zalety: bardzo szybkie namnażanie się, stosunkowo dużo białka w s.s. (50-90%), duża zdolność do wykorzystywania różnych substancji i adaptowanie się do warunków środowiska

Czas podwajania biomasy bakterii 4-krotnie szybszy niż biomasy drożdży i 30-krotnie szybszy i biomasy glonów, 500 razy krótszy niż roślin uprawnych, 10 000 krótszy niż bydła

Wady: małe rozmiary komórek, podatność na wyradzanie, działanie fagów

Produkcja biomasy pleśniowej (i grzybów wyższych)

Cel: pożywienie dla ludzi, pasza; źródło białka i

witamin; produkcja antybiotyków

Produkcja glonów

Cel: pasza dla zwierząt.

Wady biomasy

1. gruba ściana komórkowa (20% masy bakterii G(+), 30% drożdży, do 60% niektórych pleśni), zawierająca związki odporne na

działanie soków trawiennych

2. mogą zawierać związki toksyczne: mikotoksyny, antybiotyki, alkaloidy

3. duże stężenie kwasów nukleinowych (8-10% białka biomasy), podczas trawienia uwalniają się z nich zasady purynowe, a z nich oksypuryny, np. kwas moczowy (gromadzi się w stawach)

4. obecność D-izomerów aminokwasów, innych składników nietypowych dla diety

5. cechy sensoryczne

Procesy fermentacyjne

□ Fermentacja - beztlenowe zdobywanie energii przez drobnoustroje.

□ W znaczeniu technologicznym - fermentacja to także tlenowe kataboliczne przemiany bakteryjne, drożdżowe, pleśniowe, których rezultatem jest tylko odwodornienie substratu - cukru i innych.

Wykorzystanie fermentacji w technologii żywności

□ przetwarzanie surowców spożywczych.

□ modyfikowanie i utrwalanie żywności

□ otrzymywanie składników odżywczych, enzymów, alkoholi, kwasów organicznych, barwników itd.

W zależności od relacji ilościowych produktów fermentacji:

□ homofermentacja - znaczna przewaga określonego produktu;

□ heterofermentacja - obok głównego produktu występują też uboczne

W zależności od rodzaju wydzielonego związku wyróżnia się następujące typy fermentacji:

1. warunki beztlenowe, wykorzystanie węglowodanów jako substratów: fermentacje alkoholowa, mlekowa, propionowa.

octowa, mrówkowa, masłowa;

2. warunki beztlenowe, wykorzystanie nie węglowodanów jako substratów (związki azotowe - aminokwasy, puryny. choliny kwasy tłuszczowe, alkohole): fermentacja metanowa

3. warunki tlenowe, wykorzystanie węglowodanów jako substratów i odpowiednich warunków: produkcja biomasy, preparatów enzymatycznych, witamin, antybiotyków

Fermentacja alkoholowa

Proces beztlenowego rozkładu cukrów zachodzący

zwykle pod wpływem drożdży gatunku Saccharomyces cerevisiae (wytwarzają dużą liczbę enzymów).

C₆H₁₂0₆ = 2C₂H₅OH + 2CO2

Wydajność - z 1 g heksozy otrzymuje się 0,45-0,48 g etanolu

Fermentacja alkoholowa

Zastosowanie:

Gorzelnictwo, winiarstwo, piwowarstwo, miodosytnictwo, piekarstwo (spulchnianie ciasta), mleczarstwo (napoje fermentowane)

Substrat - surowce zawierające:

□ cukier - sacharozę (buraki cukrowe, trzcina cukrowa, owoce),

□ skrobię (maniok, zboża, ziemniaki) □ hemicelulozę i celulozę (drewno, słoma)

□ Fermentacja jest prowadzona w kadziach fermentacyjnych otwartych lub zamkniętych, metodą

periodyczną lub ciągłą.

□ W czasie fermentacji pod wpływem drożdży otrzymuje się alkohol etylowy, C0₂ uboczne produkty fermentacji - fuzle (kwas octowy, bursztynowy, aldehyd octowy, metanol, wyższe alkohole); są oddzielane, ale tworzą tzw. bukiet aromatyczny

Fermentacja mlekowa

Proces rozkładu cukrów zachodzący zwykle pod

wpływem bakterii mlekowych

□ Zastosowanie: kwaśne napoje z mleka lub serwatki, ukwaszanie śmietany przed zmaślaniem, kiszenie kapusty i ogórków, proces przygotowania ciasta chlebowego z mąki żytniej, silosowanie pasz zielonych, produkcja kwasu mlekowego

Fermentacja mlekowa działa utrwalająco (obniża pH); metoda niskoenergochłonna

Substrat:

□ mleko i jego przetwory

□ rozdrobniony material roślinny

□ błony śluzowe zwierząt

Drobnoustroje wytwarzające kwas mlekowy

Streptococcus lactis, S. faecalis, S. cremoris, Pedicoccus cerevisiae, Lactobacillus lactis, L. acidophilus, L. bulgaricus i wiele innych

Podział bakterii mlekowych

Bakterie mlekowe dzieli się na:

□ homofermentacyjne: z cukrów wytwarzają prawie czysty kwas mlekowy, bakterie z rodzaju Lactococcus,

Lactobacillus

□ heterofermentacyjne: wytwarzają obok występującego w przewadze kwasu mlekowego mniejsze lub większe ilości produktów ubocznych: kwas octowy, etanol dwutlenek węgla, bakterie z rodzajów Leuconostoc i Lactobacillus

□ Przy wytwarzaniu niektórych produktów wykorzystywane są oba rodzaje, nadają lepsze cechy smakowe i zapachowe

Fermentacja octanowa

Proces utleniania etanolu, poprzez aldehyd octowy; do kwasu octowego pod wpływem aparatu enzymatycznego bakterii octanowych (rodzaj Acetobacter).

C₂H₅OH + 0₂ = CH3COOH + H20

Drobnoustroje: bakterie A. acet, A. schutzenbach, A. orleanense

Zastosowanie: produkcja octu, Substrat:

□ zacier octowniczy - 6-12%etanol wzbogacony w składnik odżywczy - ocet spirytusowy

□ wina - ocet winny

Kadzie wypełnione wiórami drewna bukowego intensywnie przewietrzane

Generatory (aparaty Fringsa) z mechanicznym ciągiem powietrza i wielokrotną recyrkulacją zacieru przez wióry

Fermentacja propionowa

Proces zachodzący pod wpływem bakterii z rodzaju Propionibacterium dając produkt - kwas propionowy w następstwie raczej beztlenowego rozkładu cukru lub kwasu mlekowego w środowisku o odczynie bliskim obojętnemu.

Zastosowanie: wytwarzanie kwasu propionowego,

wytwarzanie oczek w serach dojrzewających, produkcja witaminy B₁₂

Wytwarzanie kwasu cytrynowego

Proces wytwarzania kwasu cytrynowego w wyniku działania pleśni Aspergillus niger

Zastosowanie: produkcja kwasu cytrynowego

Substrat: melas rozcieńczony do ok. 15% cukru, oczyszczony z niektórych metali ciężkich i dokwaszony

Metody:

□ powierzchniowa na tacach

□ wgłębna w tankach przy kontrolowanym dopływie powietrza

Wytwarzanie innych produktów pochodzenia mikrobiologicznego

□ kwasy organiczne - jabłkowy, glukonowy, bursztynowy

□ aminokwasy - lizyna, leucyna, walina, kwas glutaminowy

□ witamina B12

□ antybiotyk

Produkcja metabolitów

Biosynteza aminokwasów

□ Wykorzystywane drobnoustroje o uszkodzonym mechanizmie kontroli (mutantów):

□ Corynebacterium - lizyna, metionina, treonina, kw. glutaminowy

□ Escherichia coli — treonina

□ Salmonella tyhimurium - lizyna, metionina, treonina

□ drożdże - Cryptococcus laurenti i inne

Preparaty enzymatyczne

Podział enzymów w zależności od pochodzenia:

- enzymy pochodzenia zwierzęcego

- enzymy pochodzenia roślinnego

- enzymy pochodzenia mikrobiologicznego (z pleśni, drożdży, bakterii)

Produkcja:

- met. wgłębną

- met. Powierzchniową

Preparaty enzymatyczne

□ Preparaty proteolityczne - zastępują podpuszczkę w procesie wyrobów serów (pleśń Mucor miehei)

□ Preparaty proteolityczno-lipolityczne - przyspieszają dojrzewanie serów i poprawiają ich cechy organoleptyczne (Streptococcus lactis, Lactobacillus casei, Bacillus subtilis)

□ Enzymy amylolityczne - pochodzenia bakteryjnego i pleśniowego

□ b-galaktozydaza - drożdże (Saccharomyces lactis) pleśnie (Mucor miehei, Aspergillus niger), bakterie (Escherichia coli, Lactobacillus bulgaricus)

□ b -fruktozydaza - drożdże (Saccharomyces cerevisiae)

□ enzymy pektolityczne - Caniothyluim diploidella

□ enzymy celulolityczne - Triochoderma reesei

□ enzymy lipolityczne - pleśniowe (Rhizopus, Renicillum, Aspergillus, Mucor miehei). drożdże (Candida lypolitica)

Inne biosyntezy

1. Mikrobiologiczna biosynteza tłuszczu - enzymy wytwarzane

przez drobnoustroje (głównie drożdże) syntetyzują kwasy tłuszczowe

2. Mikrobiologiczna biosynteza polisacharydów - synteza dekstranu, ksantanu. 1-4 fosfomannanu. kwas alginowy (produkcja alginianów), glukanu

3. Mikrobiologiczna biosynteza substancji aromatycznych -

ferm. mlekowa: dwuacetyl, acetoina i aldehyd octowy

fenn. alkoholowa: 300 zw. aromatycznych (w tym też w fuzlach)

□ dojrzewanie serów

Procesy enzymatyczne

Zalety wykorzystywania enzymów:

□ przyspieszenie wielu procesów technologicznych

□ uzyskanie produktów o korzystnych cechach jakościowych

□ uzyskanie nowych produktów

□ lepsze wykorzystanie surowców tradycyjnych i odpadowych

Sposób użycia:

□ tradycyjny - dodatek do substratu i po reakcji unieczynnienie (temperatura, pH)

□ enzymy na matrycach - po reakcji są one oddzielane od produktu: mogą być ponownie użyte

Enzymy proteolityczne

przemysł zbożowy i piekarstwo

Rodzaje enzymów: proteazy

Zastosowanie: modyfikacja białek poprawiająca

jakość surowca, polepszenie pulchności i konsystencji ciasta;

przemysł mleczarski

Rodzaje enzymów: podpuszczka, pepsyna wolowa i wieprzowa, enzymy pochodzenia mikrobiologicznego

Zastosowanie: koagulacja białek mleka w procesie wyrobu serów, produkcja hydrolizatów kazeiny (mleko sojowe)

przemysł rybny

Rodzaje enzymów: enzymy proteolityczne syntetyzowane przez pleśnie

Zastosowanie: przyspieszenie dojrzewania solonych i marynowanych śledzi, hydroliza odpadków rybnych

przemysł mięsny

Rodzaje enzymów: pepsyna wołowa i wieprzowa, enzymy pochodzenia mikrobiologicznego

Zastosowanie: proces dojrzewania mięsa, oddzielenie resztek mięsa od kości, produkcja hydrolizatów

browarnictwo

Rodzaje enzymów: enzymy proteolityczne Zastosowanie: słodowanie jęczmienia, początkowa faza zacierania słodu, przerób surowców niesłodowanych - poprawa jakości piwa

przemysł koncentartów spożywczych

Zastosowanie: produkcja hydrolizatów

białkowych, sosów sojowych i innych

przemysł paszowy

Zastosowanie: produkcja hydrolizatów z odpadów zwierzęcych

przemysł jajczarski

Zastosowanie: poprawa jakości suszu

Enzymy lipolityczne

Zastosowanie lipaz:

- odtwarzanie zapachu mlecznego

- poprawy cech organoleptycznych serów (dojrzewanie)

- produkcja koncentratów zapachowych z tłuszczu mlecznego

- skracanie okresu dojrzewania serów

- polepszenie smaku wyrobów cukierniczych

- produkcja pełnego mleka w proszku przeznaczonego do produkcji czekolad

- odtłuszczanie skór i kości

Enzymy amylolityczne

Amylazy — kompleks enzymów katalizujących hydrolizę skrobi i glikogenu do cukrów prostszych (maltozy, glukozy).

Do enzymów amylolitycznych zaliczamy:

a-amylazę - rozkłada wewnętrzne wiązania a-1,4 glikozydowe w skrobi; tworzona jest maltoza i dekstryny (odcinek łańcucha oddzielony wiązaniami 1,6-glikozydowymi)

b-amylazę — powoduje rozrywanie co drugiego wiązania a-1-4 glikozydowego od niealdehydowego końca amylozy; rozkłada skrobię na maltozę

amylo-1,6-glukozydaza - rozrywa wiązania a-1,6 glikozydowe; powstaje glukoza

enzym Z - hydrolizuje dekstryny graniczne

Enzymy amylolityczne - Zastosowanie:

- browarnictwo - zacieranie słodu

- gorzelnictwa rolnicze - scukrzanie skrobi ziemniaczanej lub zbożowej

- piekarstwo - wzrost cukrów do fermentacji przez drożdże

- przemysł zbożowy - produkcja dekstryn, krystalicznej dekstrozy i cukru ze skrobi zbożowej

- cukiernictwo pozyskiwanie cukru z odpadów cukierniczych

- przemysł ziemniaczano-krochmalniczy) - produkcja preparatów zagęszczających, dodatek do sosów, budyni, składnik odżywek dla dzieci

Enzymy cytolityczne

Są to celulazy, hemicelulazy, celobiozy i pentozanazy

Celulazy - hydrolizuja wiązania 1,4-ß-glikozydowe polisacharydów błon komórkowych roślin

Hemicelulazy - hemicelulozy hydrolizują do pentozy, galaktozy, kwasu glukonowego. obróbka ziarna kakaowego

Celoobiazy uzupełniają działanie egzocelulaz, hydrolizując dwucukier - celobiozę do glukozy, produkcja sosów, preparaty zwiększające przyswajlność pasz

Pentozanazy - hydrolizują pentozany do ksylozy i arabinozy

Enzymy pektolityczne

esterazy- rozkładają wiązania estrowe miedzy kwasem poligalakturonowym a alkoholem metylowym

depolimerazy:

- transeliminaza pektyn

- transeliminaza kwasu pektynowego

- poligalakturonaza

Zastosowanie:

- depektynizacja miazgi owocowej przed tłoczeniem - klarowanie soków winogronowych i jabłkowych

- uszlachetnianie soków cytrusowych

- zwiększenie wydajności i poprawa smaku oleju z oliwek

Operacje i procesy związane z przetwarzaniem żywności

Proces technologiczny - to ciąg operacji i procesów jednostkowych, następujących w określonej sekwencji czasowej,

począwszy od chwili odbioru surowców (roślinnych lub zwierzęcych) do chwili otrzymania gotowego produktu.

Wyróżnia się w nim:

• czynności zasadnicze - dokonywane bezpośrednio na surowcu i wpływające w sposób celowy na zmianę właściwości lub postać surowca;

• czynności pomocnicze - przenoszenie, magazynowanie, kontrola;

• czynności usługowe - dostarczanie czynników energetycznych i utrzymaniu higieny produkcji

Czynności zasadnicze:

operacje jednostkowe - gdy zachodzące zmiany mają charakter fizyczny np. rozdrabnianie, przesiewanie, mieszanie;

procesy jednostkowe - gdy zmiany mają charakter chemiczny, biochemiczny lub biologiczny;

Operacje i procesy jednostkowe dzieli się na:

1. operacje mechaniczne - rządzone prawami mechaniki ciał stałych i cieczy;

2. operacje cieplne - związane z przenoszeniem ciepła;

3. operacje dyfuzyjne - podlegają prawom przenikania i wymiany masy;

4. operacje fizykochemiczne - polegające na zmianie stanu skupienia lub rozproszenia;

5. procesy chemiczne - ich istotę stanowią reakcje chemiczne wymagające użycia reagentów chemicznych i zachodzące bez udziału czynników biologicznych;

6. procesy biochemiczne - wymagające użycia czynników _v biologicznych w postaci żywych mikroorganizmów lub enzymów.

Prawo zachowania masy - w danym układzie zamkniętym suma mas poszczególnych składników przed procesem i po jego zakończeniu jest stała

G = G1 + G2

gdzie:

G - masa surowca podlegającego przetwarzaniu; G1 - masa gotowego produktu; G₂ - masa produktów odpadowych;

Prawo zachowania energii - w danym układzie zamkniętym suma wszystkich rodzajów energii jest stała, a zmiany jednego jej rodzaju w inny nie zmieniają tej sumy.

Równowaga mechaniczna, cieplna, fizykochemiczna - osiągana przez układ cechuje się stałością właściwości w dowolnie długim czasie

Operacje mechaniczne

Mają one na celu:

• ujednolicenie surowca na podstawie określonych kryteriów jakości;

• rozsortowanie niejednorodnego pod wzglądem wymiarów surowca na określone przedziały wielkości;

• usunięcie części niejadalnych i mniej wartościowych oraz nieszkodliwych ciał obcych;

• rozdrobnienie surowca;

• rozdzielenie składników;

• dozowanie surowców i produktów.

Obróbka wstępna, obejmuje:

1. sortowanie - wyrównanie przerabianego surowca wg określonych kryteriów jakości

2. kalibracją - podział przerabianego surowca na określone przedziały wielkości

3. oczyszczenie, płukanie

ad.1. np. barwy, zapachu, stopnia dojrzałości

ad.2. zapewnia jednakowe zachowanie się przerabianego surowca podczas procesów technologicznych

Rozdrabnianie - zmniejszenie wymiarów materiału bez nadania mu określonego kształtu

Krajanie - zmniejszenie wymiarów materiału z nadaniem mu określonego kształtu

Cel:

• rozwinięcie powierzchni materiału, w wyniku czego wpływ na tempo procesów fizycznych (ekstrakcji, suszenia, rozpuszczania) oraz szybkość i wydajność reakcji chemicznych w układach niejednorodnych;

• operacja wstępna w wielu procesach przemysłowych

Podział urządzeń rozdrabniających:

•maszyny łamiące - łamacze stożkowe i szczękowe;

•maszyny gniotące - gniotowniki, łamacze walcowe;

•maszyny udarowe - młyny młotkowe, dezintegratory;

•maszyny rozcierające - młyny kulowe, wibracyjne, z częściami obrotowymi, strumieniowe, koloidalne

•maszyny tnące - krajalnice

Maszyny łamiące

Mlewnik walcowy - rozdrabnianie i mielenie ziarn, słodu, owoców wytłoków

Gniotowniki - gniecenie owoców miękkich

Udarowe maszyny rozdrabniające

Rozdrabniarki młotkowe - rozdrabnianie ziarna, ziemniaków, słodu, wytłoków i wysłodków

Dezintegratory - rozdrabnianie owoców miękkich

Maszyny rozcierające

Młyny kulowe - do drobnego mielenia

Młyny wibracyjne - młyny kulowe, w których rozdrabnianie zachodzi dzięki szybkim ruchom drgającym

Młyny strumieniowe - do mielenia drobnego i bardzo drobnego: rozdrabnianie surowców zawierających olejki eteryczne z jednoczesną ich ekstrakcją

Młyny koloidalne - bardzo drobne mielenie; mielenie zachodzi przy współudziale środowiska rozpraszającego

Maszyny szarpiące do rozdrabniania owoców i warzyw

Rozdrabniarka szarpiąca dwuwalcowa - dwa walce obracające się w przeciwnych kierunkach wyposażone w kolce, zęby lub pazury

Rozdrabniarka szarpiąca tarczowa - jw. ale tarcze

Tarki -zasada działania taka jak tarki domowej do rozdrabniania warzyw

Maszyny tnące

Krajalnice - rozdrabnianie owoców i warzyw, buraków cukrowych, konserwy: nadają materiałowi określony kształt

Wilki mięsa - rozdrabnianie

Operacje mechaniczne

B. Rozdzielanie składników

Rozdzielanie materiałów niejednorodnych

Trzy kategorie ośrodków:

• ciekły

• stały - sypki

• półstały - soczysty

Rodzaje w zależności od rodzaju rozdzielanego materiału:

• rozdzielanie zawiesin i emulsji

• rozdzielanie mas półstałych - soczystych

• rozdzielanie ciał stałych

• rozdzielanie ciał stałych od cieczy i gazów

Rozdzielanie zawiesin i emulsji

Sedymentacja - polega na samoczynnym rozwarstwieniu się zawiesin w wyniku różnicy gęstości cząstek zawieszonych (ośrodek zdyspergowany) w stosunku do ośrodka dyspersyjnego (woda, sok komórkowy). Mała wydajność, Niska sprawność

Flotacja - proces odwrotny do sedymentacji; stosowana do zagęszczanie osadów -osad odpływa górą a woda pozostaje w zbiorniku; proces ten jest wspomagany przez napowietrzanie

Filtracja - operacja polegająca na zatrzymaniu stałych (niekiedy ciekłych) cząstek - zawiesin - na porowatej przegrodzie (filtrze), a przepuszczeniu cieczy lub gazu, stanowiących ośrodek dyspersyjny. Oddzielenie cząstek fazy rozproszonej od fazy rozpraszającej.

Zastosowanie:

• produkcja klarownych ekstraktów i roztworów np. soki i syropy owocowe

• oddzielenie produktu od towarzyszących mu w trakcie przerobu części stałych np. proces produkcji piwa, wina, olejów

Produktem może być osad lub odciek.

Rodzaje filtracji:

• izobaryczna

• pod zwiększonym ciśnieniem od strony cieczy filtrowanej

• podciśnienie od strony filtratu

Rodzaje przegród filtracyjnych:

• tkaninowe (len, bawełna, jedwab, nylon)

• metalowe (siatka fosforobrązowa zwykła i posrebrzana, niklowana, aluminiowa, ze stali nierdzewnej)

• ceramiczne (porowata porcelana),

• szklane (porowata masa szklana, wata szklana)

• celulozowe,

• inne.

Wirowanie - rozdzielanie pod wpływem siły odśrodkowej mieszanin niejednorodnych: ciał stałych z cieczami, cieczy z cieczami lub mieszaniny dwóch cieczy z ciałem stałym.

Rozdział faz następuje przez wprowadzenie mieszaniny w ruch obrotowy, w wyniku którego cząstki cięższe są odrzucane na zewnątrz ku obwodowi bębna, a lżejsze gromadzą się przy osi.

Rodzaje wirówek:

1. ciągłe, periodyczne;

2. sedymentacyjne, filtracyjne

Wirówki sedymentacyjne

Bęben osadzony na wale obrotowym ma pełne ściany boczne; wewnątrz zamontowane są talerze ułatwiające rozdział faz.

Wykorzystanie:

• usuwanie zawiesin z soków owocowych i wina

• oddzielenie tłuszczu od mleka pełnego

Wirówki filtracyjne

Bęben osadzony na wale obrotowym ma ściany boczne perforowane pokryte materiałem filtracyjnym. W czasie wirowania ciecz przesącza się przez materiał i odpływa do przestrzeni między bębnem a obudowa; faza stała zatrzymywana jest wewnątrz bębna

Wykorzystanie:

• oddzielenie wody sokowej z surowego mleczka krochmalniczego

• oddzielenie wykrystalizowanego cukru od melasy

Rozdzielenie mas półstałych - soczystych

Tłoczenie - oddzielenie fazy ciekłej zawartej w dużych ilościach fazy stałej

Prasy

1. pracujące w pokojowej lub podwyższonej temperaturze

2. pracujące pod mniejszym lub większym ciśnieniem

3. praca okresowa (prasy warstwowe, koszowe) lub ciągła (prasy ślimakowe, taśmowe, walcowe)

Wykorzystanie:

• tłoczenie oleju z nasion oleistych,

• otrzymywanie soków z miazgi owocowej i warzywnej,

• wytłaczanie tłuszczu z mączki mięsno-kostnej

• odwadnianie osadów ściekowych

Rozdzielenie ciał stałych

Rozdział mieszanin ciał stałych różniących się:

• kształtem lub wielkością cząstek,

• prędkością opadania w środowisku ciekłym lub gazowym,

• właściwościami elektrycznymi lub magnetycznymi.

Przesiewanie - rozdział cząstek różniących się wielkością (sita) lub kształtem (tryjery);

Rodzaje sit:

• tłoczone (cienka blacha stalowa z wyciętymi otworami),

• druciane (plecione z metalowego drutu)

• tkane (z nici jedwabnych, włókien sztucznych)

Wykorzystanie:

• sortowanie zbóż,

• sortowanie owoców i warzyw

• sortowanie jaj

• przesiewanie krochmalu

Oddzielenie ciał stałych i cieczy od gazów

Cel:

• oczyszczenie gazów

• gdy odzyskuje się fazę stałą lub ciekłą - zmniejszenie strat materiałowych

Wykorzystuje się do tego:

cyklon - oddzielenie cząstek stałych od fazy gazowej; hydrocyklon - oddzielenie cząstek stałych od fazy ciekłej

Operacje mechaniczne

C. Mieszanie składników

Mieszanie

Cel:

• zapewnienie możliwie jednorodnego składu produktów ciekłych lub stałych;

• zabezpieczenie przed rozdzieleniem się komponentów;

• zapobieganie przegrzewaniu się podczas odwadniania;

• ułatwianie wymiany ciepła przy obróbce termicznej metodą przeponową

• intensyfikacja procesów dyfuzji;

• wywołanie zjawisk fizycznych np. zmaślanie śmietanki

Rodzaje:

• mieszanie w fazie ciekłej;

• mieszanie ciał stałych;

• mieszanie układów o dużej lepkości.

Mieszanie w fazie ciekłej

Realizowane w mieszalnikach

Rodzaje:

• mechaniczne - przy użyciu mieszadeł;

• hydrauliczne - wymieszanie się dwóch lub więcej strumieni cieczy;

• pneumatyczne - mieszanie przer pęcherzyki gazu.

Przykłady:

• mieszanie mleka

• mieszanie soków

• mieszanie podłoży hodowlanych

Mieszanie ciał stałych

Realizowane w mieszarkach

Rodzaje:

1. periodyczne, ciągłe

2. wolnoobrotowe (łopatkowe, ślimakowe, bębnowe), szybkoobrotowe (odśrodkowe, udarowe);

Przykłady:

- produkcja koncentratów deserów, zup;

- wymieszanie mąki

Mieszanie układów o dużej lepkości

Realizowane w zagniatarkach, ugniatarkach, wygniatarkach

Rodzaje: periodyczne (zbiornik z mieszadłem), ciągłe (ślimak)

Przykłady:

• homogenizacja twarogu;

• przygotowanie ciast;

• przygotowanie farszów mięsnych.

Homogenizacja - daleko posunięte mieszanie z jednoczesnym rozdrobnieniem zawieszonych cząstek.

Operacje mechaniczne

D. Dozowanie

Dozowanie

Końcowy etap wielu procesów wytwarzania produktów spożywczych, których produkcja kończy się formowaniem, porcjowaniem, rozlewem produktu do opakowań jednostkowych wraz z ich zamknięciem.

Składa się ono z kilku operacji: transport, rozdzielenie i częściowo mieszanie.

Typy urządzeń:

ślimakowe - materiały sproszkowane

bębnowe - materiały sypkie

walcowe - materiały zbrylające się i wilgotne

tarczowe - materiały sypkie i ziarniste

Operacje termiczne

Wykorzystanie:

• wstępna obróbka surowców np przy myciu, czyszczeniu,

• wstępne schładzanie przed magazynowaniem;

• właściwe przetwarzanie surowców np. gotowanie, pieczenie, smażenie, wymrażanie wody, procesy mechaniczne, dyfuzyjne, chemiczne i biotechniczne w przetwarzaniu żywności

• termiczne utrwalanie żywności np. pasteryzacja, sterylizacja, mrożenie

• utrzymanie higieny procesu produkcyjnego np. mycie, wyjaławianie urządzeń, opakowań, pomieszczeń

Temperatury najczęściej wykorzystywane w technologii żywności: -30 °C do +120 °C;

ciągła sterylizacja mleka 160 °C (1 s);

prażenie ziarna zbóż 220 °C

Ciepło a jakość żywności

Ważna nie tylko temperatura a także czas jej działania.

Termolabilne są:

* witaminy głównie C, B1, B12

* niektóre białka: globuliny i albuminy

* niektóre aminokwasy np.. siarkowe, lizyna

Długie ogrzewanie powoduje także:

* obniżenie wartości biologicznej żywności;

* denaturację. białek

Umiarkowane ogrzewanie korzystne:

* poprawa strawności kolagenu i innych białek

* nadanie smakowitości

* zniszczenie mikroflory

Źródła ciepła w technologii żywności

Przy wyborze ważne są:

* koszt

* możliwość zanieczyszczania żywności

* stopień niebezpieczeństwo wybuchu

* maksymalna elastyczność użycia

1. Paliwa stałe: węgiel kamienny, węgiel brunatny, koks, drewno; węgieł -wartość opałowa 22-30 MJ/kg, zawartość siarki, ślady substancji silnie trujących, kurz - ogrzewanie pośrednie

2. Paliwa płynne: ropa naftowo, olej opałowy - wartość opałowa ok. 40 MJ/kg, mniej zanieczyszczeń ale nieprzyjemny smaki zapach - ogrzewanie pośrednie

3. Paliwo gazowe: gaz ziemny, koksowniczy - wartość opałowa 34 MJ/kg, niebezpieczeństwo wybuchu

4. Energia elektryczna - droga, jednak ma wiele zalet

Ogrzewanie pośrednie - para wodna nasycona lub przegrzana (energia cieplna pary o temp powyżej 100 °C wynosi 2679 kJ/kg

Mechanizmy przenoszenia ciepła

1. Przewodzenie lub kondukcja

Wywołana różnicą temperatur - drganie cząstek - głównie ciała stałe

2. Konwekcja lub przenoszenie ciepła

Wywołane przemieszaniem się płynów - głównie ciecze; rodzaje: konwekcja wolna, konwekcja wymuszona wpływa na warunki doprowadzania ciepła da przegrody

3. Promieniowanie cieplne (radiacja) Przenoszenie ciepła między dwoma ciałami o różnej temperaturze za pomocą, fal elektromagnetycznych o długości 0,1-100 μm nie wymaga substancji pośredniczącej energia cieplna promieniowania zwykle nie przechodzi przez ciała stałe i ciecze; gdyż większość jest absorbowana (100% absorpcji ciała doskonale czarne) lub odbijana (100% odbicia ciała doskonale białe)

Ogrzewanie oporowe - elektryczne; spirala nagrzana do ok. 1000 °C

Wartość współczynnika przewodzenia ciepła (A.) wynosi: produkty ciekłe 0,071 - 0,71 W/m² °C produkty stałe 0,02 - 30 W/m² °C metale 15 - 380 W/m² °C

Ciepło właściwe większości produktów spożywczych 0,5 - 4,2x 10³ J/kg °C (wyższe wartości dotyczą produktów o większej zawartości wody)

Temperatura wpływa na:

• rozwój i aktywność drobnoustrojów

• katalizuje lub hamuje przebieg reakcji fizykochemicznych i biochemicznych (współczynnik Q10)

np. ochładzanie o 10 °C powoduje:

2-3 krotne zmniejszenie tempa reakcji chemicznych

1-2 krotne zmniejszenie tempa reakcji enzymatycznych

1-9 krotne zmniejszenie prędkości rozwoju drobnoustrojów

W przetwórstwie żywności w celu przebiegu określonych

procesów stosowane są różne zakresy temperatur-.

• intensyfikacja procesów chemicznych = 30 - 200 °C

• intensyfikacja przemian biochemicznych = 30-80 °C

• intensyfikacja przemian mikrobiologicznych = 20-50 °C

Q = kFτΔt (J)

gdzie:

Q - ilość oddawanego lub przyjmowanego ciepła

k - współczynnik wymiany ciepła (W/m² °C)

F- powierzchnia przepony (m²)

τ - czas wymiany ciepła (h)

Δt - różnica temperatur po obu stronach przepony (°C)

Intensyfikacja wymiany ciepła przez:

• zwiększenie powierzchni wymiany;

• burzliwość przepływu nośnika

• różnicą temperatur między nośnikiem ciepła a produktem

Grzejnictwo elektryczne

Jest to system ogrzewania w zmiennym polu elektrycznym

średnich lub wielkich częstotliwości; energia elektryczna wykorzystywana jest do bezpośredniego ogrzewania żywności.

Sposoby ogrzewania:

mikrofalowe - napromieniowanie falami o częstotliwości setek

lub tysięcy MHz; powodują drganie cząstek - dipoli kuchnie mikrofalowe - moc 0,2 do 2,5 kW częstotliwość 2450 MHz

zalety: szybkie nagrzewanie, lepsze zachowanie wartości odżywczej

wady: nierównomierność rozkładu ciepła zastosowanie: ogrzewanie, rozmrażanie

dielektryczne (pojemnościowe) - zastosowanie w ośrodkach o

charakterze dipoli elektrycznych; polega na bardzo szybkich zmianach napięcia na okładkach kondensatora i spowodowanych

tym drganiom cząstek - dipoli

zalety: szybkie nagrzewanie się materiałów głównie o dużej

zawartości wody, równomierność ogrzewania, wady: drogie, materiał niehomogenny np. mięso -nierównomierne nagrzewania

zastosowanie: dosuszanie suszonych prasowanych warzyw, rozmrażanie, topienie tłuszczu, czekolady

indukcyjne - ogrzewanie wywołane wydzielaniem się ciepła podczas przepływu prądu indukowanego w materiale przez zmienne pole magnetyczne; materiał musi przewodzić prąd (materiał jest rdzeniem cewki)

Grzejnictwo podczerwone

Wykorzystywana jest pośrednia podczerwień (10^-4do 3 x 10^-4 cm) w suszarnictwie.

Rodzaje:

• promienniki lampowe

- promienniki metalowe

• promienniki ceramiczne

Zastosowanie

• obsuszanie materiałów - skóry, butelki

• suszenie materiałów w cienkich warstwach - owoce, warzywa, zboża, grzyby, makaron

• w piekarstwie - pieczenie, obżarzanie

• suszenie mięsa

Operacje termiczne

Typy operacji:

1. wysokie temperatury:

□ podgrzewanie, ogrzewanie

□ rozparzanie - parowanie

□ pieczenie

□ gotowanie

□ testowanie

□ smażenie

□ prażenie

□ ekspandowanie i ekstrudowanie

2. niskie temperatury

□ chłodzenie

□ oziębianie

□ zamrażanie

Podgrzewanie, ogrzewanie

Cel: podgrzanie ośrodka ciekłego w celu nastawienia go np. na

• optymalną temperaturę działania enzymów,

• ułatwienie rozpuszczania np. cukru,

• inne cele technologiczne (serowarstwo)

Stosowane temperatury - poniżej temperatury wrzenia

Urządzenia:

różne przeponowe aparaty grzejne:

periodyczne: kotły płomieniowe, kociołki z płaszczem grzejnym, kadzie z wężownicami

ciągłe: podgrzewacze rurowe, rurowo-próżniowe, wężownice, ślimakowe

Zastosowanie:

blanszowanie - szybkie ogrzanie żywności do określonej temperatury, jej utrzymanie przez pewien czas, a następnie szybkie oziębienie lub poddanie bezzwłocznemu dalszemu przerobowi; głownie warzywa, czasami owoce, mięso

metoda immersyjna - perforowany bęben obracający się w zbiorniku z wodą metoda parowa - taśma perforowana umieszczona w komorze parowej

pasteryzacja - metoda utrwalania, będzie omówiona później

tyndalizacja - j.w.

Rozparzanie - parowanie

Ogrzewanie materiałów (zwykle roślinnych) za pomocą pary o ciśnieniu 0,4-0,5 MPa (140-150 °C) w celu przeprowadzenia masy w stan półpłynny.

Urządzenia:

wiele typów urządzeń

Zastosowanie:

• przemysł owocowo-warzywny - produkcja przecierów

• gorzelnictwo - parowanie zboża, ziemniaków

• koncentraty spożywcze - preparowane przetwory zbożowe nadające się bezpośrednio do spożycia: płatki owsiane i kukurydziane, grzanki , granulki, ryż błyskawiczny

Pieczenie

Ogrzewanie materiałów w suchym powietrzu w temperaturze powyżej 100 °C (najczęściej 180 - 250 °C).

Urządzenia:

wiele typów pieców periodycznych i ciągłych; opalane bezpośrednio (bardzo rzadko), pośrednio (kanałowe, rurowo-parowe, gazowe, elektryczne)

Zastosowanie:

• piekarstwo

• ciastkarstwo,

• przemysł mięsny

• dania gotowe

Gotowanie

Ogrzewanie cieczy w stanie wrzenia; wiąże się często z odparowaniem części rozpuszczalnika.

Urządzenia:

kotły z płaszczem parowym

pod normalnym, zwiększonym lub zmniejszonym ciśnieniem

Zastosowanie:

• browarnictwo - gotowanie brzeczki piwnej

• owocowy - rozpuszczenie cukru

• usunięcie niepożądanych składników lotnych np. dwutlenku siarki

Tostowanie

Ogrzewanie wilgotną parą wodną w temperaturze 95-120 °C surowców spożywczych, głównie roślin strączkowych

Smażenie

Ogrzanie surowca pod zwykłym ciśnieniem w ośrodku pośredniczącym, zwykle w gorącym tłuszczu, syropie z sacharozy; temperaturo zwykle znacznie powyżej 100°C (150 - 250 °C).

Produkt wchłania część tłuszczu (10-45% wagowych), a oddaje część wody.

Urządzenia:

periodyczne (patelnie), ciągłe (taśmowe tunele smażalnicze) Zastosowanie:

• produkcja frytek, chipsów ziemniaczanych

• niektóre konserwy warzywne, mięsne

• niektóre wyroby cukiernicze

• konfitury

• dania gotowe

Prażenie

Ogrzewanie w suchym powietrzu w temperaturze 200-250°C. Poddaje się niemu głównie surowce roślinne w celu wytworzenia

różnych substancji smakowo-zapachowych i barwiących, a następnie rozkładu cukru.

Urządzenia:

specjalne piece np. piec kulowy

Zastosowanie:

• prażenie nasion kakaowych

• prażenie kawy

• mięsa

• obieranie ziemniaków

Ekspandowanie

Polega na gwałtownym rozprężeniu uprzednio ogrzanego i będącego pod wysokim nadciśnieniem materiału w chwili momentalnego przejścia do ciśnienia atmosferycznego.

Urządzenia:

periodyczne - armatka - poziomy bęben wypełniony namoczonym ziarnem i ogrzewany

ciągłe - wielokomorowy zawór obrotowy

Zastosowanie: produkcja produktów o porowatej strukturze

Ekstrudowanie

Polega na wytłaczaniu termoplastycznym materiału poddanego uprzednio obróbce mechanicznej.

Urządzenia: ekstrudery ciągłe

Zastosowanie: produkcja produktów o porowatej strukturze

Chłodzenie, oziębianie, zamrażanie

Jest to odbieranie ciepła od materiału. Dotyczy ciał stałych, cieczy, gazów.

Zimno wykorzystywane do:

• celów technicznych: skraplanie oparów powstających w czasie

zagęszczania żywności w aparatach wyparnych;

• celów technologicznych: kriokoncentracja, suszenie liofilizacyjne, produkcja lodów;

• przechowalnictwo żywności i jej utrwalanie.

1. Chłodzenie ośrodków o małej lepkości - proste, nie nastarcza trudności; oziębiacze płaskościenne, cylindryczne

2. Chłodzenie mas o wysokiej lepkości, półciekłych, stałych -trudniejsze bo mały współczynnik przenikania ciepła; najlepsze wyniki daje freezer (produkcja lodów)

Chłodzenie, oziębianie, zamrażanie

Źródła zimna:

chłodzenie przeponowe: woda, sprężony amoniak, freon, solanka

chłodzenie bezpośrednie: ciekły dwutlenek węgla, azot

Rodzaje chłodzenia:

chłodzenie plusowe +10 do -2 °C (przechowywanie)

chłodzenie minusowe -10 do -20 °C (utrwalanie)

zamrażanie -20 do -30 °C (utrwalanie)

Zamrażanie

Cel:

• utrwalenie żywności

• wytworzenie struktury lodów

• kriokoncentracja • liofilizacja

Rodzaje zamrażarek:

• tunelowa (2-40h)

• kontaktowa (15-60 min)

• fluidyzacyjna (do 20 min)

• immersyjne (20 - 40 min

Rozmrażanie

Trwa dłużej niż zamrażanie Podział:

• metody ogrzewania powierzchniowego

- powietrzna

- cieczowe (woda, 5% r-r NaCI)

- próżniowe

- kontaktowe

• metody ogrzewania wewnętrznego:

- pojemnościowe (pole elektryczne wytwarzane przez prąd o

częstotliwości 27 - 100 MHz);

- mikrofalowe (915-2450 MHz; wzrost częstotliwości = wzrost efektu grzejnego);

- opornościowe (napięcie prądu 90 V, częstotliwość 90 Hz, tylko małe bloki filetów rybich)

Utrwalanie żywności

Metody termiczne

- niskie temperatury

- wysokie temperatury

• Niskie temperatury - poniżej 10⁰ C: chłodzenie i zamrażanie

• Wysokie temperatury - powyżej 60 ⁰ C: pasteryzacja, sterylizacja, tyndalizacja

Utrwalanie w wyniku działania na:

- drobnoustroje

- przebieg reakcji chemicznych

- przebieg reakcji biochemicznych

Utrwalanie żywności przez obniżanie temperatury

Chłodzenie , Zamrażanie- polega na obniżeniu temperatury i przechowywaniu w niej żywności przy odpowiedniej wilgotności pomieszczeń i wymianie powietrza.

Zalety:

- Niewielkie zmiany cech organoleptycznych i odżywczych produktów

- Niewielki wpływ na właściwości funkcjonalne surowców spożywczych

- Pozwala na przechowywanie wielu produktów w stanie surowym (owoce, warzywa, mięso, drób, ryby)

1. Obniżenie temperatury powoduje zwolnienie lub zahamowanie rozwoju drobnoustrojów

2. Zwolnienie tempa reakcji chemicznych (obniżenie temperatury o 10 °C powoduje 2,5-krotne zmniejszenie szybkości reakcji chemicznych)

Podział drobnoustrojów ze względu na temperaturę

Drobnoustroje	Temperatura, °C
		min.	optymalna	maks.
Psychrofilne	0	10-20	30
Mezofilne	10	20-40	45
Termofile	40	50-60	70

Mikroflorę produktów i surowców przemysłu spożywczego reprezentują przeważnie drobnoustroje mezofilne

Na skuteczność oddziaływania obniżenia temperatury na rozwój drobnoustrojów ma wpływ:

1. wysokość temperatury

2. stopień wymrożenia wody

3. prędkość chłodzenia/zamrażania

4. czas składowania

5. początkowy stopień zanieczyszczenia drobnoustrojami

Chłodnictwo

- Chłodzenie - wymiana ciepła między produktem spożywczym a ośrodkiem chłodzącym

- Towarzyszy temu odparowanie pewnej ilości wody i przenoszenie ciepła z głębszych warstw na powierzchnię

- Obniża się temperaturę, nie przekraczając jednak punktu zamarzania soków komórkowych produktów roślinnych i zwierzęcych

- W czasie chłodzenia stosuje się temperatury +4 do 0°C

- Przy szybkim schładzaniu mięsa ciepłego z uboju -5°C (lub niższe)

Dobór sposobu chłodzenia/zamrażania zależy od:

- wielkości porcji produktu

- zawartości wody

- zawartości tłuszczu

- konsystencji

- rodzaju opakowania

Przechowywanie żywności w warunkach chłodniczych

• Umożliwia zachowanie surowców w stanie nadającym się do przerobu lub bezpośredniego spożycia przez pewien czas (owoce przedłużony sezon ich przerobu)

• Eliminuje rejonizację produkcji - pozwala na przechowywanie i transport surowców z rejonu uprawy czy hodowli do zakładów

• Charakter pomocniczy w przemyśle spożywczym i obrocie żywnością (w niewielkim stopniu przedłuża trwałość)

- Produkt składowany powinien być przechowywany w odpowiednio niskich temperaturach także w obrocie (chłodnie składowe, chłodnie przyzakładowe, chłodnie dystrybucyjne)

- Środki transportowe chłodzone

Jest uwzględniana wilgotność względna i wymiana powietrza

Produkty	Temperatura °C	Okres przechowywania
Mięso	-1do-2	14-21 dni od uboju
Masło	+2 do +4	4-6 tygodni
Mleko	+ldo+2	2 dni
Truskawki	0do+2	7-10 dni
Jabłka	-1do+4	6-9 miesięcy
Kalafiory	0	4 tygodnie

Efekty chłodzenia można polepszyć przez:

- Właściwe ustawienie lub zawieszenie towarów w chłodni

- Stosowanie odpowiednich opakowań. Chronią przed zanieczyszczeniami, przedłużają trwałość. Opakowania nie mogą utrudniać wymiany ciepła (najlepsze folie z tworzyw sztucznych)

- Zmianę składu atmosfery (owoce - podwyższenie C0₂ w powietrzu do 10-15%)

Zamrażanie (chłodnictwo minusowe) - obniżanie temperatury produktu do temperatury niższej niż punkt zamarzania soków komórkowych lub danego roztworu. Tworzą się kryształki lodu na skutek wymrożenia wody

Temperatura krioskopowa-temperatura w której rozpoczyna się tworzenie kryształków lodu

W zamrażalnictwie właściwym produkty zamrażane są szybko w temperaturze od -20 do -35°C i następnie przechowywane w temp.-10 do-20°C

Zamrażalnictwo

Powolne - mrożonki gorszej jakości bo działalność enzymów i drobnoustrojów nie zostaje odpowiednio szybko wstrzymana i mogą one wywoływać zmiany produktu, tworzą się większe kryształki lodu

Szybkie - najlepszy efekt - produkty o budowie tkankowej, produkty o małych wymiarach (głównie owoce, warzywa).

Utrudnione stosowanie do towarów o dużych rozmiarach i małym przewodnictwie ciepła (masło w kartonach, tusze wieprzowe, półtusze wołowe).

Zmiany w produktach w czasie zamrażania

• Mikrobiologiczne

• Chemiczne

• Fizyczne

Zmiany mikrobiologiczne w produktach w czasie zamrażania

- Zamrażanie nie niszczy drobnoustrojów, hamuje procesy życiowe.

- Na mikroflorę zabójczo działają skoki temperatury

Zmiany mikrobiologiczne w produktach w czasie rozmrażania

• Po rozmrożeniu mikroflora działa aktywnie

• Produkty mają częściowo uszkodzone komórki -składniki pokarmowe łatwiej dostępne dla mikroflory

Zalecenia:

• Produkty bezpośrednio po rozmrożeniu powinny być spożywane

• Warzywa, owoce, półprodukty garmażeryjne wrzuca się do wrzącej wody w stanie zamrożonym

Zmiany chemiczne w produktach w czasie zamrażania i przechowywania

Występują w tłuszczach i produktach zawierających dużo tłuszczu - tłuszcze pod wpływem tlenu ulegają utlenianiu - tworzą się nadtlenki, aldehydy i ketony, które są przyczyną zmian smaku i zapachu jełkiego.

Reakcje te są katalizowane przez np. miedź, żelazo

Zapobieganie:

- usuwanie metali katalizujących

- dodatek substancji hamujących utlenianie - tzw. przeciwutleniaczy

-rozkład barwników naturalnych

- zmiany w składnikach chemicznych

Związane z zachowaną częściowo aktywnością niektórych enzymów tkankowych

Efekt:

- W mięsie zapach jełki

- Powierzchnia owoców zmienia barwę na brunatną (zapobiega blanszowanie, dodatek przeciwutleniaczy, dodatek cukru)

Zmiany fizyczne w produktach zamrażanych

- Kryształki lodu (wielkość i rozmieszczenie) powstające z wymrożenia wody w komórkach tkanki zwierzęcej i roślinnej zasadniczo wpływają na jakość produktu

- Zmiany związane są ze składem soków komórkowych (owoce i warzywa o większej zawartości skrobi, cukrów, soli mineralnych lepiej się zamrażają)

Przy powolnym zamrażaniu - kryształki tworzą się w przestrzeniach międzykomórkowych, ponieważ tam jest mniejsza koncentracja soku.

• W wyniku tworzenia się kryształków stężenie soku w przestrzeniach międzykomórkowych zwiększa się i woda z komórek przenika do przestrzeni międzykomórkowych.

• Kryształki lodu się zwiększają i uszkadzają strukturę tkanek.

Przy szybkim zamrażaniu - woda zamarza

głównie w miejscu występowania -jednocześnie w komórkach i przestrzeniach międzykomórkowych

• Tworzy się dużo drobnych, równomiernie rozłożonych kryształków, nie uszkadzających tkanek

Zmiany barwy - głównie w zewnętrznych częściach

Ciemniejsza barwa mięsa - przejście hemoglobiny i mioglobiny w methemoglobinę i metmioglobinę. Biały nalot - odparowanie wody - wysuszona tkanka

- Ubytki masy (ususzka) - powstają w wyniku parowania produktów zamrażanych luzem i przechowywanych bez opakowań.

- Mniejsze ubytki - zamrażanie szybkie

Czynniki wpływające na ubytki (ususzkę):

- rodzaj produktu, zawartości wody i tłuszczu (dużo tłuszczu mniejszy ubytek)

- warunki i czas przechowywania

- rodzaj opakowania, sposób ułożenia towaru

- wielkość i stopień załadowania komory

- zmiany temperatury i wilgotności powietrza

Metody zamrażania szybkiego

• Owiewowe

• Kontaktowe

Odrębną grupę stanowi liofilizacja-odwodnienie próżniowe produktu w stanie zamrożonym

Utrwalanie żywności przez ogrzewanie

Cel - osiągnięcie mikrobiologicznej stabilności • Termiczna inaktywacja drobnoustrojów następuje dopiero po przekroczeniu temperatury maksymalnej dla ich wzrostu (minimalnej temperatury letalnej)

Niszczenie drobnoustrojów po osiągnięciu minimalnej temperatury letalnej zależy od:

- Rodzaj i forma drobnoustrojów (rodzaj, gatunek, szczep, starsze przetrwalniki bardziej wytrzymałe)

- Warunki środowiskowe (aktywność wody, stężenie jonów wodorowych, zawartości: tłuszczu, białka, cukru)

- Dawka ciepła niszczącego (temperatura i czas ogrzewania)

Dawka ciepła niszczącego

Komórki wegetatywne i przetrwalniki drobnoustrojów są niszczone przez ogrzewanie w stałej temperaturze letalnej w tempie logarytmicznym (tzn. że zawsze taki sam % komórek ginie w określonym przedziale czasowym niezależnie od liczby początkowej komórek)

Logarytmiczny charakter niszczenia mikroorganizmów

- Im większa początkowa liczba drobnoustrojów w surowcu tym dłużej trzeba go ogrzewać (w stałej temperaturze), aby osiągnąć redukcję żywych drobnoustrojów do określonego poziomu

- Nie jest możliwe zniszczenie wszystkich komórek, gdyż wymaga to nie ograniczenie długiego czasu ogrzewania

- wskaźnik przeżycia drobnoustrojów lub wskaźnik retencji N/ N₀ - stosunek liczby drobnoustrojów żywych, pozostałych po ogrzewaniu (N), do liczby drobnoustrojów przed ogrzewaniem (N₀)

- wskaźnik inaktywacji cieplnej drobnoustrojów N₀ /N - odwrotność wskaźnika retencji

Logarytm wskaźnika inaktywacji cieplnej log (N₀ /N) - n jest wielokrotnością wartości D (jest ona związana ze stałą szybkością reakcji niszczenia cieplnego drobnoustrojów. Oznacza czas potrzebny do zmniejszenia o 90% początkowej liczby żywych drobnoustrojów, czyli o 1 cykl logarytmiczny (czas 10-krotnej redukcji).

Wartość D jest niezależna od początkowej liczby drobnoustrojów; zależy od: jej rodzaj temp. inaktywacji, środowiska

Niszczenie cieplne drobnoustrojów zależy od temperatury. Im jest ona wyższa tym szybciej następuje śmierć komórek.

Czas 10-krotnej redukcji D jest też zależny od temperatury, czyli jest funkcją temperatury ogrzewania D zmienia się także w tempie logarytmicznym wraz z T.

Wykres D=f(T) - krzywa oporności cieplnej lub krzywa czasu śmierci danego drobnoustroju

Podział żywności ze względu na kwasowość czynną:

1.Niekwaśna i mało kwaśna o pH >4,6 (mleko, mięso, drób, ryby, groszek, fasola, buraki)

2.Kwaśna o pH 3,7-4,6 (gruszki, morele, pomidory, czerwona kapusta)

3.Bardzo kwaśna o pH <3,7 (kiszona kapusta, ogórki, większość owoców)

Temperatury do termicznego utrwalania:

1. Żywność niekwaśna i mało kwaśna - powyżej100°C

2. Żywność kwaśna - nie przekraczające 100°C

3. Żywność bardzo kwaśna - ma znaczną trwałość lub wymaga łagodnego ogrzewania

- Termizacja - przedłużenie trwałości

- Pasteryzacja i sterylizacja - przedłużenie trwałości i ochrona konsumentów przed mikrobiologicznym zatruciem

Termizacja - ogrzewanie w temp. 55-60°C przez 15 s (mleko)

Pasteryzacja - ogrzewanie do temp. nie przekraczającej 100°C (65-85°C)

Cel: zniszczenie:

- drobnoustrojów chorobotwórczych

- bakterii nieprzetrwalnikujących,

- drożdży

- pleśni

- inaktywacja większości enzymów

Systemy pasteryzacji:

1. niska lub długotrwała

63-65°C przez 20-30 min - mleko

65°C przez 30 min - sok owocowy, lody

65-68°C przez 30 min - piwo w butelkach

2. wysoka temperatura i krótki czas HTST

71,5°C przez 15 s - mleko

80°C przez 15 s-lody

88°C przez 15 s- sok owocowy

3. momentalna

85-90°C i natychmiastowe schłodzenie

4. wysoka

od 85°C do prawie 100°C w czasie od 15 s do kilku a czasem kilkunastu min

Pasteryzuje się:

- produkty płynne

- stałe w zalewie w opakowaniach hermetycznych lub bez

Urządzenia - pasteryzatory

- Wymienniki ciepła płytowe i rurowe

- Tunelowe

- Wannowe

Pasteryzatory tunelowe- zapakowany produkt (butelki, puszki) przesuwa się pod natryskiem gorącej wody lub jest zanurzony w wodzie o ustalonej temperaturze

Pasteryzatory wannowe

1. zbiorniki do których nalewa się produkt i ogrzewa przeponowo

2. zbiorniki z gorącą wodą, do której wstawia się zapakowany szczelnie produkt

Sterylizacja - utrwalenie żywności na okres od pół roku do dwóch.

• W warunkach przemysłowych rzadko stosuje się absolutną sterylność produktu (konsekwencja wynikająca z logarytmicznego tempa termicznego niszczenia drobnoustrojów. Liczba żywych przetrwalników zbliża się do „0" to czas sterylizacji rośnie do nieskończoności)

---