WODA:

- występuje w trzech stanach skupienia

- jest medium i reagentem dla procesów życiowych

- jest stabilizatorem konformacji biopolimerów

- główny składnik większości produktów żywnościowych

- decyduje o wyglądzie, smaku i trwałości

Stałe fizyczne wody i lodu:

- wysoka temp. topnienia

- wysokie napięcie powierzchniowe (σ), stała dielektryczna (ε), przewodnictwo cieplne, pojemność cieplna, ciepła przemian fazowych

- niska gęstość

- 9% objętości rośnie przy zestalaniu (Bi, Ce, Ca, Si)

- lepkość (η) zbliżona do innych cieczy (w 20ºC lepkość jest mniejsza niż w 0ºC ok. 2 razy)

Porównanie wody i lodu:

- w 0ºC przewodnictwo cieplne lodu jest 4x większe niż wody

- pojemność cieplna lodu jest mniejsza niż wody i maleje istotnie ze spadkiem temp.

- dyfuzyjność cieplna lodu jest 9x większa niż wody (lód podlega szybciej zmianom temp. niż woda szybsze zamrażanie niż topnienie)

- gęstość lodu jest niższa niż wody

Stała dielektryczna ε:

- charakteryzuje substancje jako rozpuszczalnik

- woda ma dużą stałą dielektryczną, zgodnie z prawem Columba obniżenie siły oddziaływań elektrostatycznych ułatwia rozpuszczanie

- zdolność wody do asocjowania do polarnych grup ( -OH, =C=O, -NH₂) niejonowych substancji organicznych powoduje ich częściową rozpuszczalność

- umożliwia utrzymanie ciepła w wodzie (mikrofale)

Przewodnictwo cieplne λ:

- miara szybkości transportu energii cieplnej na drodze przewodnictwa

Dyfuzyjność cieplna α:

- informuje o zmianach temperatury pod wpływem przepływu ciepła

Struktura wody:

Właściwości fizyczne wody sugerują istnienie silnych sił przyciągających wśród cząsteczek wody i specyficzną budowę

Budowa cząsteczki wody:

Asocjacja cząsteczek wody wynika z biegunowej budowy cząsteczki wody. Kształt cząsteczki wody nie jest wydłużony w rodzaju H-O-H, lecz odpowiada trójkątowi, w którego jednym wierzchołku znajduje się atom tlenu, a w dwóch pozostałych atomy wodoru. Kąt między atomami wodoru wynosi ok.105o. Taka budowa cząsteczki H2O powoduje jej biegunowość elektryczną. W okolicy atomu tlenu gromadzi się więcej ładunków ujemnych, zaś w okolicy atomów wodoru istnieje przewaga ładunków dodatnich. Cząsteczki wody przyciągają się różnoimiennymi biegunami tworząc asocjaty (tj. zespoły dwóch lub więcej cząsteczek).

WĘGLOWODANY

- stanowią ¾ świata biologicznego

- 80% źródła kalorii dla człowieka

- celuloza jest najbardziej powszechna, a skrobia najpowszechniej spożywana

Podział sacharydów:

▪ monosacharydy (heksozy, pentozy)

▪ dwusacharydy (sacharoza, laktoza, maltoza)

▪ oligosacharydy 2-10 cukrów prostych (rafinoza, stachioza, werbaskoza)

▪ polisacharydy powyżej 10 cukrów:

- homopolisacharydy (amyloza, amylopektyna)

- heteropolisacharydy (pektyny)

~ o budowie liniowej (amyloza)

~ o budowie rozgałęzionej (amylopektyna, glikogen)

Reakcje węglowodanów:

1. Hydroliza - straty koloru, zdolności żelowania

2. Eliminacja - β-eliminacja katalizowana H⁺ lub OH^-

3. Izomeryzacja - 5 form jest w równowadze w roztworze wody

4. Enolizacja - przejście formy ketonowej ketonu, lub częściej dwuketonu lub ketonokwasów, w formę enolową - nienasyconego alkoholu

5. Redukcja:

- grupy aldehydowej lub ketonowej alkohole wielowodorotlenowe

- przemysłowo (elektrolitycznie lub katalitycznie

6. Utlenianie

Oksydaza glukozowa - jest enzymem spełniającym role katalizatora w procesie utleniania glukozy do glukonolaktonu przy jednoczesnej redukcji tlenu do wody utlnionej

7. Reakcje brunatnienia:

a) enzymatyczne (oksydatywne):

- reakcje tlenu i fenoli z udziałem oksydazy fenolowej

- występuje w owocach

- nie biorą tu udziału CH₂O (formaldehydy)

b) nieenzymatyczne (nieoksydatywne) NEB:

- z udziałem formaldehydu

- karmelizacja i/lub interakcje białek lub amin formaldehydem, a następnie reakcje Maillarda

- karmelizacja - powstaje w wyniku ogrzewania cukrów i syropów cukrowych. Polega na oderwaniu cząsteczek wody od cukrów, termolizie, odwodnieniu, formowaniu pierścieni z wiązaniami podwójnymi. Powoduje to przesunięcie pasma absorpcji, polimeryzację nienasyconych i odwodnionych pierścieni.

Możliwość powstawania substancji o unikalnym smaku i zapachu np. maltol

- substraty NEB: cukier redukujący, substancje z grupami NH₂ (białko), nieco H₂O

- aminokwasy zasadowe są bardziej podatne na NEB

Teoria melanoidynowo-kondensacyjna NEB:

1. powstawanie glikozyloaminy z cukru redukującego i grup aminowych

2. przegrupowanie glikozyloaminy do ketozoaminy

3. powstawanie diketozoaminy z diaminocukrów

4. degradacja aminocukrów z utratą wody

5. kondensacja amin z produktami

6. polimeryzacja kondensatów do brunatnych barwników

Wpływ różnych czynników na NEB:

- jony Na⁺ brak wpływu

- wilgotność

- temp. wzrost temp. o 10ºC powoduje 2-4 krotne wzrost szybkość NEB

-

Produkty szczególnie wrażliwe na NEB:

- produkty mleczne (redukująca laktoza + białka)

- artykuły zbożowe ( skrobia cukry redukujące + białka)

- mączki rybne ( kw. nukleinowe ryboza + białka)

- nasiona roślin strączkowych i mięso stosunkowo trwałe ze względu na niską zawartość cukrów redukujących

Funkcje mono i oligosacharydów:

• hydrofilowość:

Grupy -OH mają dużą hydrofilowość, co powoduje hydratacje i dobrą rozpuszczalność cukrów.

Struktura krystaliczna cukru decyduje o wiązaniu wody, np. laktoza absorbuje 10 razy mniej wody niż glukoza (w 100% wilgotności względnej)

i 12 razy mniej wody niż sacharoza.

Zwarta struktura krystaliczna powoduje, że grupy -OH tworzą wiązania między molekułami cukru (przyłączają wodę).

Luźna struktura krystaliczna zwiększa dostępność grup -OH i więcej wody wiąże się z nimi.

WNIOSEK: cukry o mniej zwartej strukturze krystalograficznej, mniejszej czystości, w formie amorficznej absorbują wodę bardzo silnie.

Cukry wiążąc wodę zmniejszają aktywność wodną i zwiększają stabilność produktu.

• retencja substancji smakowo-zapachowych:

- substancje zapachowe najczęściej zawierają grupy zdolne do tworzenia wiązań wodorowych (aldehydy, ketony, estry).

- łączą się one wiązaniami wodorowymi z cukrami, co powoduje zatrzymywanie lotnych substancji smakowo-zapachowych (np. podczas suszenia)

cukier-H₂O + substancje zapachowe cukier - subst. zapachowe + H₂O

• nadawanie właściwości smakowo-zapachowych przez produkty powstałe w wyniku NEB:

- często pożądane cechy smakowo-zapachowe powstają w wyniku NEB produktu

• słodzenie:

- sacharoza krystaliczna=100

- rafinoza =1

- stachioza= 10

- β-D glukoza = 82

- β-D fruktoza = 180

Funkcje polisacharydów:

• w roślinach:

- substancje szkieletowe (składniki ścian komórek)

- substancja zapachowa (nasiona, korzenie

• u zwierząt:

- jest to źródło energii przemian metabolicznych

SKROBIA

- składa się z :

~ amylozy (14-27%) - która jest łańcuchowa

~ amylopektyny (73-86%)

- hydroliza skrobi:

~ kwasowa - pod wpływem kwasów ulega stopniowej hydrolizie do glukozy

~ enzymatyczna:

- α-amylaza atakuje wiązania α-l,4-glikozydowe od we­wnątrz łańcucha

- β-amylaza atakuje wiązania α-l,4-glikozydowe od zewnątrz łańcucha

- glukoamylaza atakuje wiązania α-l,4-glikozydowe od końca nieredukującego i 1,6-glikozydy

- skrobia jest nierozpuszczalna w wodzie

- w zimnej wodzie pęcznieje, w zależności od rodzaju skrobi kleikuje, skleikowana ulega retrogradacji

retrogradacja skrobi:

- proces polegający na odzyskaniu przez zżelowaną skrobię struktury krystalicznej, co prowadzi do jej zmętnienia i wytracenia się.

- jest główną przyczyną czerstwienia pieczywa

- najłatwiej ulega jej amyloza, w której równolegle ułożone proste łańcuchy łączą się ze sobą mostkami wodorowymi tworząc usieciowanie poprzeczne

- szybkość wywołanych tym procesem niekorzystnych zjawisk osiąga maksimum przy 2ºC, zakres temperatur +10 ºC do - 7 ºC jest uznawany za krytyczny

- poniżej -20 ºC proces retrogradacji ulega zahamowaniu

- skrobia, która uległa retrogradacji jest mętna, bardziej odporna na działanie enzymów (mniej strawna), twardsza, może zmienić strukturę

Retrogradacji sprzyja:

- duża zawartość amylozy

- obniżona temp.

Retrogradację ogranicza:

- duża zawartość amylopektyny

- chemiczna modyfikacja

- dodatki emulgatorów

- dodatki tłuszczów

- zamrażanie

- odwracalność czerstwienia jest możliwa poprzez ogrzewanie i zwiększenie wilgotności, powoduje to częściową odbudowę struktury amorficznej,

miększą strukturę

GLIKOGEN:

- występuje w małych ilościach w żywności (mięśnie, wątroba)

- stanowi podstawowy związek zapasowy zwierząt, rzadziej roślin

- ma strukturę podobną do amylopektyny (ma większą masę cząsteczkową i więcej rozgałęzień)

CELULOZA:

- to polisacharyd zbudowany z 3-8 tys. cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami beta-glikozydowymi (beta 1-4)

- jest bardzo higroskopijna, pęcznieje w wodzie

- bardzo odporna chemicznie ( struktura nadcząsteczkowa utrudnia reaktywność)

CMC - karboksymetyloceluloza

- służy do zwiększania lepkości żywności

- jest niestrawna, nietoksyczna

- zastosowanie:

~ zagęstnik mas spożywczych

~ zwiększa zdolność utrzymywania wody

~ zapobiega rozrostowi kryształów lodu

~ zmniejsza rozrost kryształów cukru

~ stabilizator emulsji

~ pomaga utrzymać CO₂ w napojach

MC - metyloceluloza:

- otrzymywana z celulozy z udziałem NaOH i CH₃Cl (chlorek metylu)

- posiada właściwości termożelowania

- wzrost temp. powoduje spadek lepkości i powstanie żelu

- po oziębieniu żel rozpada się

HEMICELULOZA:

- są wielocukrami zbudowanymi głównie z pentoz, heksoz, kwasów uronowych i z dezoksycukrów

- pełnią funkcje materiału zapasowego i strukturalnego

- wchodzą w skład śluzów i ścian komórkowych roślin, porostów i grzybów

- ulegają hydrolizie do cukrów prostych pod wpływem rozcieńczonych kwasów i enzymów

- silnie ograniczają czerstwienie pieczywa

SUBSTANCJE PEKTYNOWE:

- są to heteropolisacharydy

- występują w sokach roślinnych, zwłaszcza owocowych, jak również w korzeniach wielu roślin

- posiadają właściwości silnie hydrofilowe; w obecności odpowiedniej ilości cukrów ulegają żelifikacji, stąd odgrywają rolę w krzepnięciu galaret i dżemów.
- substancje pektynowe dzieli się na kwasy pektynowe, sole tych kwasów tzw. pektyniany. właściwe pektyny i protopektyny

pektyny wysokometylowane

- odznaczają się stopniem zestryfikowania grup karboksylowych powyżej 50%

- tworzą one galarety z cukrem (optymalnie 65-70% cukru) i kwasami (optymalne pH ok. 3)

- preparaty pektyny wysokometylowanej sto­sowane są jako środki żelujące przy produkcji dżemów i galaretek wysokosłodzonych

pektyny niskometylowane

- charakteryzują się stopniem estryfikowania grup karboksylowych poniżej 50%, co odpowiada zawartości grup metoksylo­wych 3-7%

- tworzą galarety w obecności jonów me­tali wielowartościowych (np. Ca⁺²) zasadniczo bez cukru

- preparaty pektyny niskometylowanej stosowane są najczęściej jako środki żelujące przy produk­cji dżemów i galaretek niskocukrowych

Enzymy rozkładające pektyny:

▪ protopektynazy - rozszczepia pektyny do hemicelulozy

▪ pektynazy - hydrolizuje wiązania α-1,4 glikozydowe

▪ pektazy - rozczepiają wiązania estrowe z uwolnieniem metanolu

▪ transeliminazy (lipazy pektynowe) - rozszczepiają wiązania α-1,4 glikozydowe bez udziału wody

ŻYWICE (gumy roślinne):

- polisacharydy rozpuszczalne w wodzie

- ekstrahowalne ze źródeł wodą

- mają dużą lepkość i tworzą żele

- zastępują zagęstniki, substancje żelujące, substancje dietetyczne w wyrobach niskokalorycznych, stabilizatory lodów, emulsji, pian

LIPIDY

- ogólnie rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych, nierozpuszczalne w wodzie

- są jadalne, konsumowane jako tłuszcze (smalec, masło) lub jako składniki żywności

- podlegają różnym reakcjom z innymi składnikami żywności dając wiele nowych pożądanych lub niepożądanych dla jakości żywności substancji

- dostarczają organizmowi energii, NNKT, witamin ADEK, zwiększają smakowitość potraw

- ich nadmiar jest szkodliwy, powoduje otyłość oraz wysoki poziom cholesterolu

Budowa chemiczna lipidów:

~ kwasy tłuszczowe

- nasycone

- nienasycone

~ acyloglicerole - produkty estryfikacji E i wyższych kw. tłuszczowych

Charakterystyka tłuszczów:

Są to głównie kwasy tłuszczowe: palmitynowy, oleinowy, stearynowy

Tłuszcze roślinne:

- masło z roślin tropikalnych duży udział nasyconych kwasów tłuszczowych, wysoka temp. topnienia, np. masło kakaowe

- o wysokiej zawartości kwasu laurynowego (40-50%) np. tłuszcz palmowy, kokosowy

- o wysokiej zawartości kwasu oleinowego i linolowego, najbardziej popularne olej bawełniany, kukurydziany, arachidowy, słonecznikowy

- o wysokiej zawartości kwasu linolenowego, najbardziej popularny olej sojowy

Tłuszcze zwierzęce:

- są to głównie kwasy tłuszczowe C₁₆ i C₁₈, średnie ilości kwasów nienasyconych głównie oleinowego i linolowego

- mała ilość kwasów o nieparzystej liczbie atomów węgla

- główne składniki to w pełni nasycone triacyloglicerole

- relatywnie wysokie temp. topnienia

Tłuszcze rybne:

- duże ilości długołańcuchowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych

- bogate w witaminę A i D

- duży stopień nienasycenia

Krystalograficzna struktura tłuszczów:

Formowanie substancji stałej z płynnej:

Potrzebny jest wzajemny kontakt, orientacja molekuł i oddziaływania w kierunku wysoko uporządkowanej struktury.

Istnieje pewna energia aktywacji dla tych oddziaływań, tuż poniżej punktu topnienia tłuszcz nie zestala się, a pozostaje w stanie przechłodzonym.

Gdy temperatura spada, energia aktywacji tworzenia kryształów też maleje, ale wzrost lepkości utrudnia w dalszym ciągu tworzenie się zarodków krystalizacji (można przyśpieszyć mieszaniem lub dodatkiem tłuszczu zestalonego zaszczepianie).

Czynniki wpływające na konsystencję tłuszczu:

1. zawartość frakcji stałej im większa tym tłuszcz jest twardszy

2. ilość, rozmiary i rodzaj kryształów:

Jeżeli ilość frakcji stałej=const to obecność wielu małych kryształów daje twardszy tłuszcz niż mniejsza ilość dużych kryształów.

Duże miękkie kryształy tworzą się podczas powolnego schładzania .

Kryształy wysokotopniejących glicerydów dają większy efekt utwardzający niż niskotopniejących.

3. Lepkość fazy ciekłej, silnie zależy od temp.

4. działanie mechaniczne wykrystalizowane tłuszcze, tzn. miękną podczas intensywnego mieszania

Właściwości emulgujące tłuszczów:

Emulsja układ zawierający 2 niemieszalne ciekłe fazy, jedna z nich jest rozproszona

- objętość fazy zdyspergowanej może być mała (mleko 2-3%), lub duża (majonez 65-80%) i bardzo duża (emulsje eksperymentalne 99%)

- substancja zdyspergowana w formie kulek może zajmować 75% objętości maksymalnej, jeśli jest jej więcej następuje deformacja kulek

- na powierzchni międzyfazowej panuje duża energia swobodna

- emulsje to układy niestabilne z termodynamicznego punktu widzenia, można je rozfrakcjonować poprzez 1 lub więcej mechanizmów

Mechanizmy rozfrakcjonowania emulsji:

1. sedymentacja:

- sedymentacja to rozwarstwienie emulsji

- jest to efekt działania siły grawitacyjnej na fazy o różnej gęstości

- pod wpływem sił grawitacji następuje opadanie cząsteczek emulsji

- szybkość przemieszczania się kulek fazy rozproszonej opisuje prawo Stokes'a

2. flokulacja:

- łączenie się cząstek rozproszonej w większe zespoły ale bez niszczenia powierzchni (bez zwiększenia objętości indywidualnych cząstek)

- przyczyną jest niski ładunek elektryczny na powierzchni cząstek fazy rozproszonej

- przykład: mleko niehomogenizowane

3. koalescencja:

- niszczenie powierzchni międzyfazowej i łączenie się kropelek cieczy rozproszonej w większe krople

- zanim nastąpi koalescencja kuleczki fazy rozproszonej musza wejść w kontakt na drodze sedymentacji, flokulacji, ruchów Browna

Metody stabilizacji emulsji:

Trzeba pokonać tendencję do utrzymywania minimalnej powierzchni międzyfazowej poprzez dodatek emulgatorów (substancje aktywne powierzchniowo gromadzące się na granicy faz i zmniejszające napięcie powierzchniowe, zapobiega to koalescencji i zwiększa czasem gęstość ładunku na powierzchni).

1. stałe cząsteczki o bardzo małych rozmiarach:

- rozmiary rzędu fazy ciekłej rozproszonej, absorbują się na powierzchni międzyfazowej

- np. sproszkowany SiO₂

2. makrocząsteczki:

- substancje o wysokiej masie cząsteczkowej mogą tworzyć cienkie filmy wokół kropelek emulsji, jest to fizyczna bariera dla koalescencji

- efekt stabilizacyjny zależ też od reologicznych właściwości filmu i jego grubości

3. ciekłe kryształy:

- stałe interakcje między fazą olejową, wodną i emulgatorem mogą prowadzić do powstawania wielowarstwowych struktur

4. wzrost lepkości fazy ciągłej:

- powoduje spadek szybkości flokulacji i koalescencji

HYDROLIZA I AUTOOKSYDACJA TŁUSZCZÓW

Hydroliza (lipoliza)

enzymatyczna

- przeprowadza ją lipaza, która katalizuje hydrolizę tłuszczów do gliceryny i kwasów tłuszczowych

- atakowanie substratu w fazie niewodnej przez enzymy w fazie wodnej, im mniejsze stężenie wody tym lipazy są aktywniejsze

- lipazy mają szerokie optimum pH 3,6-10,5, temp. optymalna zależy od zawartości wody 60-90ºC

- lipazy pleśniowe mają bardzo niska temp. topnienia, działają nawet w -30 ºC

- fosfolipazy (A,B,C,D) pogarszają smak żywności

nieenzymatyczna

- powszechna przy smażeniu

- obniżenie punktu dymienia

- zhydrolizowane tłuszcze mają smak bardziej podatny na oksydację

- pomiar punktu hydrolizy dokonuje się za pomocą LK

Utlenianie

- jedna z głównych przyczyn psucia się żywności

- obniża flavour, obniża wartość odżywczą, zwiększa toksyczność

- jest ważne z ekonomicznego punktu widzenia

- korzystne tylko w przypadku niektórych serów

utlenianie enzymatyczne

- przeprowadzane przez lipooksygenazy (temp. optymalna 20-30ºC)

- katalizują utlenianie wiązań cis, cis-1,4 pentadienowych , powstają cis-trans sprzężone dienowewodoronadtlenki

- lipooksygenazę hamują tokoferol i fenole

utlenianie nieenzymatyczne (autooksydacja)

Proces autooksydacji tłuszczów jest wolnorodnikową reakcją przebiegającą w trzech etapach:

I okres inicjacji - zapoczątkowanie reakcji, tworzenie się wolnych rodników, (inicjatorem jest: światło ciepło, enzymy oraz jony metali)

II okres propagacji - rozwijanie reakcji, wielorodnikowa reakcja łańcuchowa, (powstają rodniki nadtlenkowe)

III okres terminacji - zakończenie reakcji, tworzenie się nierodnikowych produktów

Rozpad wodorotlenków:

enzymatyczny:

- izomeryczne ROOH z różną szybkością podlegają działaniu enzymów

- powstają tą drogą aldehydy, ketole, związki epoksydowe, dimery

- rozkład bardziej selektywny w porównaniu z nieenzymatycznym, prowadzi do zwiększenia liczby izomerycznych form

nieenzymatyczny:

a) heterolityczny:

- nukleofilowy atak na ugrupowanie nadtlenkowe

- daje głównie hydroksykwasy: nukleofile, cysteina, kwas askorbinowy, tiomocznik

b) homolityczny:

- kierunek rozpadu zależy od temp. , obecności światła, katalizatorów

- produkty pośrednie: rodniki peroxsy (ROO^•) i alkoksy (RO^•)

- produkty: związki karboksylowe (aldehydy, ketony, kwasy), związki hydroksylowe, dimery

Podstawy naukowe schładzania, podmrażania i zamrażania produktów

Celem chłodniczego zabezpieczenia produktów w stanie schłodzonym, zamrożonym, podmrożonym jest utrzymanie w możliwie niezmienionej postaci wszystkich podstawowych ich własności na przestrzeni dostatecznie długiego czasu.

O osiągnięciu tego celu decydują:

- poziom temperatury

- stałość temperatury

- wilgotność względna (RH)

- wymiana powietrza

- skład atmosfery

- dostęp światła

Schładzanie:

- obniżenie temp. nie związane z powstawaniem lodu

- powoduje spadek mikroflory, spadek aktywności enzymów, spadek szybkości reakcji

- szybciej hamowane są zmiany w białkach i CH₂O (formaldehyd), nieznacznie w tłuszczach

- brak krystalizacji lodu co powoduje, że dla wielu produktów wrażliwych na działanie niskich temp. schładzanie jest jedyną dającą się zastosować

metodą zabezpieczania produktów w stanie naturalnym np. owoce, jagody, jaja

- schładzanie dla produktów szczególnie wrażliwych na działanie niskich temp. jest jedyną metodą utrwalania produktu w stanie naturalnym (owoce, jaja).

- temp. używana przy schładzaniu najczęściej +2 ºC do -2 ºC

- trwałość produktów roślinnych schładzanych to kilka dni, a zwierzęcych do kilkunastu dni, żywność w stanie naturalnym kilka miesięcy (do roku)

- spadek temp nie może być poniżej punktu krioskopowego

- techniki schładzania:

▪ w lodzie

▪ w powietrzu (może występować ususzka)

Aby zmniejszyć ususzkę podczas schładzania:

- stosować niskie temp. powietrza i nieduży jej wzrost

- szybki owiew powietrza

- utrzymywanie dużej wilgotności względnej powietrza

Zamrażanie:

- obniżenie temp. produktu związane z powstawaniem lodu

- zachodzą takie uszkodzenia produktów, których następstw później nie można całkowicie usunąć

- zamrażanie jest procesem nieodwracalnym

- stopień uszkodzeń zależy od:

~ cechy produktu

~ technologii zamrażania

- wiele produktów (np. mięso, ryby) ma bardzo dobrą technologię zamrażania, która ma wysoki stopień zachowania naturalnych własności,

- inne produkty (owoce, jagody, masa jajowa) trudno jest zamrażać, wymagają one specjalnej obróbki, mimo tego występuję znaczne pogorszenie jakości

WNIOSEK: we wszystkich przypadkach, gdy to możliwe lepiej ograniczyć się tylko do schładzania!

Podmrażanie:

- obniżenie temp. do -2ºC -3 ºC

- towarzyszy temu częściowa krystalizacja wody, ale wzrasta okres przechowywania

- superchilling stosowana na statkach rybackich do przechowywania ryb

Liofilizacja:

- suszenie sublimacyjne

Przed wykorzystaniem schłodzonych lub zamrożonych produktów należy przeprowadzić odchładzanie lub rozmrażanie.

Czasem tylko produkt głęboko zamrożony wykorzystuje się od razu.

Niskie temp., a komórki i tkanki:

- organoidy < komórki < tkanki < narządy < organizm

- komórki to mieszanina różnych związków w tym białkowych łatwo ulegających rozkładowi

Szok temperaturowy:

- szybki spadek temp. do około 0ºC w odróżnieniu od powolnego jest szkodliwy dla wielu żywych komórek

- mechanizm: przy szybkim schładzaniu następują nierównomierne zmiany aktywności enzymów i procesów dyfuzyjnych,

co powoduje naruszenie równowagi procesów komórkowych

- przy powolnym przebiegu zmian możliwa jest adaptacja

- dla temp. poniżej 0ºC szok temp. dodatkowo wiąże się z szokiem osmotycznym

Przyjmuje się, że dla żywych obiektów biologicznych wymrożenie:

~ do 30% wody jest bezpieczne

~ do 30-60% wody powoduje zbliżenie do granicy śmierci biologicznej

~ 60-80% wody to śmierć biologiczna

~ 90-95% woda ulega krystalizacji przy dalszym obniżaniu temp. martwej już tkanki

Tylko 5-10% praktycznie nie krystalizuje przy zachowaniu normalnych metod zabezpieczenia chłodniczego

Powstawanie lodu:

a) przy powolnym zamrażaniu:

-

Umiarkowane co do wielkości i szybkości obniżanie temp. w zakresie powyżej temp. początkowej zamrażania w zasadzie nie jest szkodliwe dla większości komórek i tkanek. Nie może to być jednak uogólnienie na całe organy zwłaszcza o dużej złożoności i wysokim stopniu organizacji.

Za biologicznie odwracalne można traktować jedynie działanie umiarkowanie niskich temp. nie związanych z powstawaniem lodu w obiekcie.

W kriobiologii najistotniejsze jest zachowanie życia komórek i tkanek w niskich temp.

W technologii żywności najistotniejsze jest zachowanie trwałości i walorów odżywczych i organoleptycznych. Dla tych celów zachowanie zdolności życiowej komórek i tkanek nigdy nie jest konieczne, a tylko czasem pożądane. Większość produktów spożywczych spożywa się i tak po obróbce kulinarnej, która powoduje śmierć komórek i tkanek. Tak więc denaturacja białek w tym mrożeniowa powoduje spadek aktywności biologicznej, ale nie wiąże się to z reguły ze spadkiem wartości odżywczej wyjątek : wyciek i gorsza tekstura.

Ocena denaturacji mrożeniowej jest bardzo potrzebna, szczególnie przy poszukiwaniu odpowiednich metod zamrażania, rozmrażania, schładzania surowców i produktów żywnościowych.

- produkty, w których ok. 85% wody jest w postaci lodu uważa się za zamrożone

- tworzenie lodu zwykle rozpoczyna się w przedziale 0-1 ºC, a uważa się go zwykle za ukończony, gdy temp. w centrum termicznym produktu spadnie do ok. 5 ºC, odpowiada to średniej temp. całej masy produktu od -10 do -15 ºC

Nominalny czas zamrażania:

- czas jaki upływa od chwili kiedy powierzchnia produktu osiągnie 0ºC do chwili kiedy w środku termicznym temp. będzie niższa o 5ºC

od temp. początkowej powstawania formacji lodowej

Efektywny czas zamrażania:

- czas potrzebny do obniżenia temp. produktu od jego temp. początkowej do określonej temp. końcowej w jego środku termicznym

Szybkość zamrażania:

- stosunek minimalnej odległości środka termicznego od powierzchni produktu do nominalnego czasu zamrażania

- jeśli wymiary cm, czas h to szybkość zamrażania = [cm/h]

- jest to średnia szybkość przesuwania się formacji lodowej w głąb produktu ( w rzeczywistości szybkość ta jest większa przy powierzchni produktu, a mniejsza w jego wnętrzu

- rodzaje szybkości zamrażania:

~ duża szybkość zamrażania 5-20 cm/h

~ średnia szybkość zamrażania 1-5 cm/h

~ wolna szybkość zamrażania 0,1-1 cm/h

WITAMINA B₁ tiamina:

- szeroko występująca w świecie roślin i zwierzęcym (jest koenzymem)

- zawiera 4-rzędowy azot, jest jonem w szerokim zakresie pH

- jest to jedna z najmniej stabilnych witamin

- jej degradacja polega na nukleofilowym ataku na C metylenowy, który łączy dwa pierścienie

- silne nukleofile powodują łatwą destrukcję tiaminy

- może ulegać rozkładowi w różnych kierunkach

- czynniki wpływające na stabilność tiaminy:

~ temp. ma bardzo istotny wpływ na stabilność

~ pH ma bardzo istotny wpływ na szybkość rozkładu tiaminy, poczynając od pH=5 obserwuje się coraz większą szybkość rozkładu

~ zawartość wilgoci ma silny wpływ na stabilność

~ obecność substancji antytiaminowych (niektóre białka hemowe z tuńczyka, świń, wołu)

WITAMINA B₂ ryboflawina:

- termostabilna, odporna na działanie tlenu z atmosfery

- jest rozpuszczalna w wodzie

- jest degradowana prze promienie UV

- w kwaśnym środowisku jest dość trwała, w zasadowym łatwo ulega rozkładowi.

WITAMINA B₃ niacyna (kwas nikotynowy):

- na ogół stabilna w żywności

- straty na drodze niechemicznej:

~ wymywanie podczas moczenia

~ straty biochemiczne w mięsie podczas składowania postmortem

WITAMINA B₆ piroksydyna:

- odporna na ogrzewanie i utlenianie, na rozkład alkoholami

- obróbka chłodnicza powoduje straty np. warzywa 4-60%

- podatna na działanie promieniowania UV

WITAMINA B₁₂ kobalamina:

- stabilna w temp. pokojowej o ile nie jest eksponowana na silne światło

- wysokie temp. i środki alkaliczne powodują rozkład

- kwas askorbinowy lub siarczyny niszczą witaminę B₁₂

- tiamina + kwas nikotynowy powodują wolny rozkład Wit. B₁₂

Kwas foliowy:

- stabilny w warunkach beztlenowych, w pH alkalicznym

- stosunkowo łatwo rozpada się pod wpływem podwyższonej temperatury i światła słonecznego

- produkty tracą go podczas obróbki termicznej (gotowania, smażenia), a nawet pod wpływem światła słonecznego (50-70%)

Witamina H biotyna:

- prawie całkowicie odporna na światło, ciepło, powietrze i pH 5-8

- ogólnie stabilna w przetwórstwie

Witamina A karotenoidy:

- starty w obecności tlenu, poprzez działanie światłem, enzymami i utlenianiem nadtlenkami tłuszczów

- powstające produkty utleniania prowadza do całkowitej straty aktywności Wit. A

- stabilność karotenoidów jest proporcjonalna do stabilności wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w danej żywności

Witamina D:

- ulega zmianom pod wpływem światła i tlenu

- na ogół stabilna w żywności

- w miarę przechowywania jej działanie biologiczne obniża się

Witamina E tokoferol:

- starty na drodze mechanicznej (usuwanie zarodków, usuwanie frakcji olejowej)

- stary poprzez oksydację połączoną z utlenianiem

- podczas blanszowania i suszenia warzyw i owoców straty tokoferoli są duże, zwykłe gotowanie nie niszczy ich wcale

PRODUKTY ZWIERZĘCE - charakterystyka żywności pochodzenia zwierzęcego i jej zachowanie podczas obróbki chłodniczej.

Zmiany strukturalne zachodzące w tkankach mięśniowych po uboju:

- ubój jest to zatrzymanie obiegu krwi oraz zatrzymanie transportu tlenu

- powstanie warunków anaerobowych powoduje zmiany chemiczne:

~ spadek pH

~ spadek stężenia ATP

~ formowanie wiązań między aktyną i miozyną

- zmiany w mikrostrukturze mięśni powoduje rigor mortis

- możliwość zajścia skrócenia chłodniczego skrócenie spowodowane szybkim spadkiem ATP w temp. bliskich 0ºC przy pH >6,5

- minimalne skrócenie chłodnicze dla mięśni wołowych 14-19 ºC, mięśni kurczaka 12-18 ºC

- skrócenie chłodnicze nie występuje w mięśniach piersiowych indyka

- skrócenie chłodnicze w przypadku mięśni wykrojonych zachodzi w znacznie wyższych temp. niż z kościami

- skrócenie mięśni może następować przy wysokim poziomie ATP (stan pre-rigor)

- jony Ca²⁺ uwalniają się z retikulum sarkoplazmatycznego podczas składowania, aktywują ATP-azę, co prowadzi do szybkiego rozpadu ATP

- podczas przetrzymywania mięsa w temp. zamrażania po ustąpieniu rigor mortis następuje stan post rigor polegający na zwiększeniu kruchości mięsa

- podczas składowania w temp. 2 - 4 ºC mięśnie wołowe są najbardziej kruche po okresie 204 tygodni

- przyczyną wzrostu kruchości mięśni jest proteoliza przez katepsyny uwalniane z lizosomów

Poubojowe zmiany biochemiczne w mięsie:

- po śmierci zwierząt zachodzi wiele zmian w mięśniach, w okresie 24h po uboju:

• glikoliza: glikogen rozkłada się do kwasu mlekowego, następuje spadek pH

• poziom fosfokreatyny obniża się w ciągu pierwszych kilku godzin

• stężenie ATP spada zgodnie ze spadkiem poziomu fosfokreatyny

• tworzą się wiązania chemiczne między aktyną i miozyną co związane jest ze spadkiem poziomu ATP i skróceniem mięśni

• następuje wytrącanie się białek sarkoplazmatycznych

Akumulowanie się kwasu mlekowego w mięśniach powodujące spadek pH:

5,0-6,0	dla ssaków
5,7-5,9	dla mięsa drobiu
5,5-5,6	dla mięsa ryb

Minimalne związanie wody przez mięsnie następuje przy pH około 5,5 jest to punkt izoelektryczny aktomiozyny.

Ogólna zasada:

- jeśli chcemy zminimalizować kontrakcję mięsni po uboju (skrócenie), zachować największą kruchość, zdolność utrzymywania wody to proces glikolizy powinien być powolny

- szybkość procesu glikolizy nie jest linową funkcją temp.

- minimalna szybkość glikolizy następuje w temp. 10-20ºC

Po ustąpieni stężenia pośmiertnego następuje dojrzewanie mięsa i związany z tym wzrost kruchości.

Ten wzrost związany jest z osłabieniem filamentów z mięśni.

Glikogenoliza i glikoliza:

Glikogen i nukleotydy są to najbardziej labilne składniki mięsa.

Glikogen podczas glikogenolizy przekształca się w glukozo 6-fosforan, który następnie podczas glikolizy przechodzi w kwas mlekowy.

Gromadzenie się jonów H⁺ w mięsie po uboju:

- w 90% jest spowodowane rozpadem glikogenu do kwasu mlekowego

- a w 10% pochodzi z hydrolitycznego rozpadu ATP

Na skutek więc głównie glikolizy przyżyciowe pH tkanki mięśniowej wynosi 7-7,2 ulega w ciągu pierwszych 6-8h obniżeniu do 5,6-5,7

i spada do 5,5 po 24h, przez pewien czas stabilizuje się na tym poziomie.

Rozdrobnienie tkanki mięśniowej bezpośrednio po uboju powoduje przyspieszenie glikolizy.

Zbyt szybki proces glikolizy powoduje, że mięso jest: zbyt wodniste, mięso PSE (jasne, miękkie, cieknące)

Bardzo powolny proces glikolizy powoduje, że mięso jest DFD (ciemne, twarde, suche)

Poubojowe zakwaszanie mięsa:

- oddziaływanie na układy buforowe mięsa,

- zmienia potencjały po obu stronach błon komórkowych, co wywołuje zmiany w transporcie jonów

- ma wpływ na rozpad białek i aktywności enzymów, co zwiększa odporność na rozkład mikrobiologiczny

Tkanka mięśniowa bezpośrednio po uboju jest intensywnie czerwona, miękka, elastyczna i błyszcząca.

Na skutek stężenia pośmiertnego mięśnie twardnieją, sztywnieją, matowieją.

Im mięsień szybciej pracował za życia, tym wcześniej ulega stężeniu.

Skurcz mięsni dokonuje się na zasadzie ślizgania się filamentów aktyny wzdłuż filamentów miozyny.

Jednocześnie tworzą się poprzeczne mostki wiążące aktynę z miozyną co powoduje powstawanie aktomiozynowych kompleksów.

Ustępowanie procesu stężenia pośmiertnego następuje w wyniku osłabienia agregacyjnych wiązań między miozyną i aktyną w wyniku zmian ładunków.

Dopuszcza się możliwość działania proteazy sarkoplazmatycznej CASF aktywowanej jonami wapnia.

Siła napędowa procesu ATP:

Skurczowi poubojowemu towarzyszy zjawisko synerezy białka jest to częściowy spadek zdolności wiązania wody (ale bez wycieku).

Zmiany poubojowe pochodzenia egzogennego:

- rozkład gnilny to efekt działalności bakteryjnych enzymów proteolitycznych endo i egzogennych, który powoduje uwalnianie się aminokwasów,

które dalej rozkładane są enzymatycznie lub nieenzymatycznie

- enzymatyczny rozpad aminokwasów przebiega drogą dezaminacji i dekarboksylacji pod wpływem działania dezaminaz i dekarboksylaz bakteryjnych

- procesy rozkładu powodują m.in. tworzenie się mocznika, metanu, wody, azotu i wodoru

- podczas rozkładu gnilnego poza charakterystyczną wonią, zmianami konsystencji i tworzeniem śluzu, zmienia się również barwa mięsa.

Staje się ono brudnoszare, a potem szarozielone.

W zależności od mikroflory powodującej rozkład mięsa rozróżnia się:

rozkład powierzchniowy (zewnętrzny), zapoczątkowany przez drobnoustroje tlenowe,

rozkład głęboki, wywołany przez laseczki beztlenowe. W okolicy kości, węzłów chłonnych, występuje głównie u zwierząt nie wypoczętych, nie wygłodzonych, źle karmionych

Dojrzewanie mięsa - przemiany endogenne:

- działanie proteaz, zmiany pH w wyniku glikolizy powodują umożliwienie działania katepsyn mięśniowych zlokalizowanych w lizosomach.

- katepsyny są aktywowane przez kwas mlekowy i fosforany nieorganiczne powstałe z rozpadu ATP

- największa aktywność katepsyn jest po ustaleniu glikolizy (pH 5,6-6) i w podwyższonej temp

- wyróżnia się 5 typów katepsyn:

D,E : białko peptydy + aminokwasy

A,B,C: peptydy aminokwasy

- działanie katepsyn:

wpływają na funkcjonalne i technologiczne właściwości białek tkanki mięśniowej i mięsa: wodochłonność, lepkość, plastyczność, kruchość

Przemianom autolitycznym towarzyszy powstawanie małocząsteczkowych peptydów oraz wolnych aminokwasów.

Dalszy rozkład aminokwasów (enzymatycznych) doprowadza do powstania NH₃, amin, niższych lotnych kwasów organicznych, CO₂.

Wpływ autolizy na wodochłonność:

- wiązanie wody może być technologicznie modyfikowane przez dodatek NaCl i wielofosforanów

- największa zdolność wiązania wody białek przy sile jonowej μ=0,8-1 (5-8% NaCl)

Wpływ autolizy na kruchość:

- jest to najbardziej ceniony efekt dojrzewania mięsa

- występuje niebezpieczeństwo skurczu chłodniczego (obecność ATP, pH>6,5 , T<~12ºC)

- kształtowanie kruchości i ograniczenie skurczu chłodniczego:

a) dojrzewanie w T>12 ºC przez pierwsze 10-15h po uboju

b) odpowiednie podwieszenie półtuszy

c) bardzo szybkie mrożenie bezpośrednio po uboju: powstają kryształki lodu, co powoduje usztywnienie, następnie wzrost temp. do bliskich

0ºC powoduje to glikolize, ale lód przeciwdziała kurczeniu się tkanki

d) zastosowanie elektrycznej stymulacji (100-3 tys V) co powoduje znaczne skrócenie glikolizy

e) działanie mechaniczne: nacinanie, masowanie, nakłuwanie

f) wprowadzenie (przyżyciowe lub poubojowe) enzymów egzogennych, papaina, ficyna, bromelia, enzymy pochodzenia mikrobiologicznego

Wpływ dojrzewania na smakowitość:

- gromadzenie się metabolitów kształtujących smak mięsa w wyniku autolizy

- wtórny udział nukleotydów, które są produktami degradacji enzymatycznej ATP

ATP ADP AMP IMP inozyna

Wpływ dojrzewania na soczystość:

- pH reguluje stopień hydratacji białka (wodochłonności), a wodochłonność dobrze koreluje z soczystością po obróbce kulinarnej

Wpływ dojrzewania na barwę:

- podstawowy wyróżnik jakości mięsa

- zależy głownie od zmian poubojowych mioglobiny

- jest wypadkową barwy mioglobiny i hemoglobiny

- wpływ innych barwnych substancji w mięsie: cytochrom C, karotenoidy, karoten, ksantofil nie są istotne

- zakwaszanie mięsa sprzyja rozjaśnieniu barwy (obserwowane po uboju)

- zalkalizowanie sprzyja pociemnieniu mięsa (zaawansowana autoliza)

Utlenianie mioglobiny do metmioglobiny przyspieszają:

- niska i wysoka temp.

- zaawansowane zmiany proteolityczne

- wysokie stężenie NaCl

- obecność jonów metali ciężkich

- UV i promieniowanie jonizując

- znaczne zakażenia mikroflorą tkankową wytwarzającą H₂S i nadtlenki

- zmiany oksydacyjne tłuszczy

Nadmierna autoliza przejawia się:

- wilgotną powierzchnią przekroju mięsni

- zmianą koloru mięsa

- konsystencją mało spoistą, rozwłókniającą się

- kwaśnym zapachem

- wysokim poziomem drobnocząsteczkowych substancji azotowych

Zmiany fizyczne podczas składowania chłodniczego.

1. Formowanie się eutektyków:

- w przypadku zamrażania dużych produktów produkt nie ma jeszcze wyrównanej temperatury

- wtedy w czasie składowania następuje wyrównywanie się temp. co często wiąże się z tworzeniem się mieszanin eutektycznych i ich wymrażaniem

2. Oparzelina mrozowa:

- to plamy na powierzchni produktu, które powstają w wyniku odwodnienia tkanki w wyniku ususzki

- dotyczy mrożonych produktów zwierzęcych i niektórych roślinnych (drób, dziczyzna, fasola, groch)

- związana jest z sublimacją lodu

- ma miejsce w nieopanowanych produktach lub z uszkodzonymi opakowaniami

- szybkość powstawania oparzeliny mrozowej zależy od:

∙ różnicy między ciśnieniem parowania lodu i ciśnieniem cząstkowym pary wodnej w otoczeniu

∙ szybkości obiegu powietrza

∙ szybkości zamrażania

∙ temp. składowania i jej wahań

∙ stanu mięśni po uboju

∙ rodzaju i stanu opakowania

- oparzelina powoduje niepożądane zmiany smaku, zapachu, konsystencji

- obszar oparzony to białko denaturowane i nie wiąże wody przy rozmrażaniu, posiada wolne przestrzenie powietrza co powoduje jełczenie tłuszczy

- tkanki drobiowe z oparzeliną posiadają jasne plamy, powodowane to jest przenikaniem tlenu w miejsce wysublimowanego lodu

- obszar oparzeliny zawiera przestrzenie poprzednio zajmowane przez kryształy lodu, które zostają powiększone poprzez kurczenie się włókiem

podczas dehydratacji

- włókna blisko powierzchni produktu dotkniętego oparzeliną są nieuporządkowane

Tuż pod obszarem oparzeliny znajduje się zwarta warstwa powstała na skutek zagęszczania tkanki pod miejscami, gdzie nastąpił ubytek lodu.

W przypadku produktów wolno mrożonych oparzelina jest mniejsza niż dla szybko mrożonych, bo wtedy ta zwarta warstwa tworzy się na samej powierzchni produktu. W czasie składowania głębokość tej warstwy zwiększa się i rozwój oparzeliny zmniejsza się.

Ponadto usunięcie większej liczby kryształów jest trudniejsze.

- straty wilgoci związane z oparzeliną są dwa razy większe dla mięśni mrożonych w stanie pre rigor niż post rigor

- zapobieganie:

~ niska i stała temp. przechowywania,

~ izolowanie produktów od otoczenia np. mrożenie owoców z cukrem, glazurowanie, opakowania próżniowe

3. Rekrystalizacja:

- metamorficzne zmiany kryształów podczas składowania w stanie zamrożonym

- obejmuje zmiany w ilości, rozmiarach, orientacji i wykształceniu kryształów po procesie krystalizacji

- wiąże się z rozrostem kryształów

- siłą napędową rekrystalizacji jest dążność układu do stanu równowagi, kiedy wolna energia jest minimalna, a potencjał chemiczny równy

jest we wszystkich fazach

- wolna energia stanu krystalicznego równa się min. gdy struktura jego jest idealna i nieskończona

- ponieważ wszystkie kryształy są niedoskonałe i wszystkie mają granice, układ do stanu idealnego nigdy nie dochodzi

- drogą zbliżenia się do stanu doskonałego jest rekrystalizacja

Rodzaje rekrystalizacji:

∙ izo-masowa

∙ migracyjna

∙ agregacyjna

∙ pod wpływem ciśnienia

∙ odszklenie

rekrystalizacja izo-masowa:

- dotyczy każdej zmiany powierzchni kryształu w wewnętrznej strukturze jednego kryształu, co prowadzi do obniżenia jego energii

- kryształy o nieregularnych kształtach przechodzą do bardziej zwartej struktury o mniejszym stosunku s/V i mniejszej energii

- tu mieszczą się też przemiany polimorficzne (zmiany struktury, krystalizacja)

- ten rodzaj rekrystalizacji w roztworach wodnych jest rzadki

rekrystalizacja migracyjna:

- dotyczy rozrostu kryształów

- przechodzenie masy z małych kryształów do dużych

- mechanizm: topnienie - dyfuzja - zamrażanie lub sublimacja - dyfuzja - kondensacja

- efekty:

~ wzrost przeciętnego rozmiaru kryształu

~ zmniejszenie liczby kryształów

~ zmniejszenie energii powierzchni

- gdy temp=const to siła napędowa procesu równa się różnicy w energii powierzchniowej małych i dużych kryształów

- przy t=const rekrystalizacja ta zachodzi z widoczną szybkością tylko wtedy, gdy próbka zawiera znaczną ilość kryształów o rozmiarach <2μm

(lecz tak małe kryształy na ogół nie występują w żywności mrożonej)

- małe kryształy nie mogą tak silnie trzymać cząsteczek wody jak duże, dlatego małe kryształy topią się łatwiej i są lepiej rozpuszczane niż duże

- wahania temp. i związane z tym wahania parowania wyraźnie przyspieszają rekrystalizację, nawet gdy kryształy mają wymiary przekraczające 2μm

- w obszarach o obniżonej temp. kryształy będą wzrastać kontem kryształów w obszarach o podwyższonej temp.

- w obszarach o wysokiej temp. część najmniejszych kryształów może zupełnie zniknąć, a pozostałe będą się zmniejszać,

gdy po pewnym czasie sytuacja się odwróci tzn. obszary te staną się obszarami o niskiej temp. to nastąpi „odrodzenie kryształów”

rekrystalizacja agregacyjna:

- kryształy będące w kontakcie mogą łączyć się ze sobą tworząc większe kryształy

- przy czym liczba kryształów zmniejsza się, maleje też energia powierzchniowa

- ten typ rekrystalizacji może zachodzić w mrożonej żywności, ponieważ kryształy stykają się ze sobą

odszklenie:

- w odpowiednich warunkach rozmrażania w próbkach zawierających wodę mogą się tworzyć obszary niekrystaliczne,

które w trakcie dalszego przechowywania ulegają krystalizacji

4. Ususzka:

- zjawisko nie do uniknięcia

- polega na częściowym wyparowaniu wody z produktu (jest to sublimacja pary wodnej)

- powoduje straty wagowe, organoleptyczne i odżywcze

Średnie miesięczne straty wagowe wskutek ususzki dla mięsa mrożonego przechowywanego luzem w zależności od temperatury składowania wynoszą:

- 0,59% temp. -10°C

- 0,25% temp. -20°C

- 0,1% temp. -30°C

Obniżenie temperatury składowania od temperatury -20°C do -30°C wpływa na 2÷6-krotne zmniejszenie strat wagowych mrożonego luzem mięsa.

- wielkość ususzki zależy od:

∙ średniej temp. wewnętrznej

∙ częstości i amplitudy wahań temp.

∙ temp. powierzchni parownika (im większa różnica temp. parownika i temp. produktu tym większa ususzka)

- sposoby zapobiegania:

∙ zastosowanie właściwych parametrów przechowywania (niska temp., małe wahania temp., duża wilgotność powietrza)

∙ zastosowanie odpowiednich opakowań paroszczelnych (np. worki nylonowe)

∙ stosowanie małych różnic temp. między temp parownika, a temp. produktu

∙ małe wahania temp. powietrza w czasie przechowywania

∙ nakładanie na towary powłok ochronnych

∙ pokrywanie produktów parafiną

∙ natrysk acetylowanych glicerydów

∙ glazurowanie produktów

Trzy przypadki ususzki:

1. produkt nieopakowany:

∙ wielkość tego zjawiska w czasie zamrażania owiewowego może wahać się od 1 do 2%

∙ średnie miesięczne straty zależą od temp. przechowywania

- mechanizm powstawania ususzki w produkcie nieopakowanym

∙ nad ciepły nieopanowany produkt nadlatuje zimne powietrze i ogrzewa się co powoduje, że jego wilgotność względna maleje,

powietrze przejmuje wilgoć z produktu, nasyca się i biegnie do parownika

∙ w parowniku temp obniża się, a pozostały nadmiar wody jako szron osadza się na parowniku

- zapobieganie:

~ niskie temp. powietrz mrożącego (skracanie zamrażania)

~ szybki owiew, małe ogrzewanie powierzchni nad produktem, małe zmiany wilgotności względnej, małe przejmowanie H₂O z produktu

~ używanie powietrza o dużej wilgotności

~ przeznaczać do mrożenia produkty z naturalną nieprzepuszczalną dla wody warstwą (np. tłuszcz na mięsie)

~ stosować do określonych produktów właściwe rodzaje zamrażalni

2. produkt opakowany w opakowania paroszczelne niedokładnie przylegające:

∙ opakowanie nie przylegające powoduje ususzkę wewnętrzną, czyli sublimację lodu z produktu na wewnętrzną powierzchnię produktu

∙ temp. zewnętrzna wzrasta to temp. wewnętrznej strony opakowania rośnie, wtedy następuje sublimacja lodu z opakowania na produkt

∙ nie następują ubytki masy na zewnątrz, następuje oszronienie wewnętrznej powierzchni opakowania

- mechanizm powstawania ususzki:

~ nad ciepły produkt nadlatuje zimne powietrze, wewnętrzna powierzchnia opakowania oziębia się

~ wilgotne powietrze zawarte w przestrzeni między opakowaniem, a produktem nasyca się, nadmiar wody skrapla się na wew. pow. opakowania

3. produkt opakowany w opakowania paroszczelne dokładnie przylegające:

∙ brak ususzki

Zmiany fizyczne podczas składowania chłodniczego:

- utlenianie lipidów - brunatnienie enzymatyczne - straty i zmiany smakowo-zapachowe - spadek rozpuszczalności białek - degradacji chlorofili i innych barwników - straty witamin

Zmiany te są bardzo istotne w czasie składowania, szczególnie w temp. -8ºC lub nawet wyższych, ze względu na zwykle długi okres przechowywania.

Czynniki wpływające na szybkość przemian w niskich temperaturach:

- obniżenie temp. na ogół zawsze zmniejsza szybkość reakcji

- wzrost stężenia substancji rozpuszczonej w zależności od sytuacji zwiększa lub zmniejsza szybkość reakcji

- wypadkowo obserwuje się czasami, szczególnie w temp. poniżej punktu mrożenia wzrost szybkości reakcji

Fizyko-chemiczne zjawiska wywołane zamrażaniem:

- zmiana wody w lód

- wzrost stężenia rozpuszczalnych białek i zawiesin, co powoduje spadek pH o ~1 destabilizacja koloidów

- wzrost stężenia soli oraz ewentualne ich strącanie, co powoduje zmiany pH nawet o ~2

- wpływ na reakcje biochemiczne zniszczenie struktur komórkowych, zniszczenie barier dla enzymów i stąd możliwość działania enzymów

w różnych miejscach, a nie tylko tam gdzie były pierwotnie

- nasilenie zjawisk fizyko-chemicznych największe od temp. zamrażania do -5ºC, a nawet czasem -10ºC bardzo istotne,

wpływa na skrócenie czasu trwania tego zakresu tak przy zamrażaniu jaki i rozmrażaniu

Składowanie w stanie zamrożonym:

- należy dobrać odpowiednią temp. składu - przeciwdziałać wahaniom temp. - zapobiegać niskiej wilgoci w komorach - nie doprowadzać do zbytniego przedłużania czasu składu - zapobiegać mechanicznym uszkodzeniom produktów i ich opakowań - zapobiegać zanieczyszczeniom produktów obcymi ciałami i przez szkodniki

Za max temp. długotrwałego składowania mrożonej żywności przyjmuje się obecnie -18ºC, ale badania skłaniają do stosowania jeszcze niższych do -30ºC.

Korzyści ze stosowania temp. niższych od -18ºC:

- obniżenie ubytków masy na drodze ususzki

- możliwość wspólnego przechowywania w chłodni różnych produktów (brak przenoszenia zapachu)

- towar dłużej odporny na działanie wyższej temp. (transport, sklep)

- nie koniecznie musi być stosowana zasada FIFO (first in first out)

Jednak niskie temp. składowania to wysokie koszty eksploatacyjne i konieczna optymalizacja.

Niezwykle istotne jest zachowanie możliwie najmniejszych wahań temp.

Wahania temp. powodują zmiany powodujące pogorszenie jakości towaru:

~ dla stanu schłodzonego:

- wzmagają zachodzenie reakcji chemicznych

- uaktywnienie się enzymów

- osadzanie się wilgoci (pocenie się produktów) co powoduje rozwój pleśnie

- powstawanie ususzki

~ dla stanu zamrożonego:

- rekrystalizacja lodu

- ususzka

ROZMRAŻANIE

- ma na celu :

~ eliminowanie lub ograniczenie wycieku soku i strat ważnych składników rozpuszczalnych

~ ograniczenie zmian sensorycznych

~ zapobieganie rozwojowi bakterii

Zmiany zachodzące podczas rozmrażania:

- chemiczne:

∙ ograniczenie rozpuszczania białek

∙ utlenianie tłuszczy

- fizyczne:

∙ rekrystalizacja

∙ zmiany objętości

- mikrobiologiczne

Proces rozmrażania nie jest dokładnym odwróceniem zamrażania.

Produkty, w których transport ciepła następuje na drodze przewodnictwa zamrażają się szybciej niż rozmrażają.

Różnice w szybkości zamrażania i rozmrażania:

- woda ma duże utajone ciepło krystalizacji

- przewodnictwo cieplne lodu jest 4x większe niż wody

- dyfuzyjność temp. lodu jest 9x większa niż wody

- woda (uwiązana w tkankach) jest lepszym izolatorem niż lód

Zależność czasowo-temperaturowa dla mrożonej żywności teoria TTT:

- mówi o zależnościach pomiędzy czasem, a temperaturą:

- krzywe TTT przedstawia się najczęściej dla temp. -10 do -30ºC

1. Dla każdego produktu zamrożonego istnieje prosta zależność pomiędzy temperaturą składowania a czasem, w którym następuje określona strata jakości;

każdej temperaturze składowania odpowiada określona dzienna strata jakości produktu mrożonego.

2. Wpływ czasu składowania i wpływ temperatury w całym okresie składowania kumuluje się, przy czym jakość produktu przechowywanego w zmiennej

temperaturze zależy od średniej temperatury cyklu składowania.

PSL okres praktycznego składowania:

- to okres jest to czas, który upłynął pomiędzy zamrożeniem a momentem, kiedy obniżenie jakości osiągnie poziom dyskwalifikujący,

tzn. produkt nie będzie nadawał się do sprzedaży lub dalszego przerobu.

- PSL jest często 3÷5 razy dłuższy od czasu HQL

HQL

- okres zachowania wysokiej jakości, jest to czas po upływie którego występują pierwsze wykrywalne zmiany jakościowe

- czas pomiędzy zamrożeniem produktu o wysokiej jakości, a chwila gdy 70% doświadczonych degustatorów stwierdzi po raz pierwszy zmiany

między tym produktem, a produktem przechowywanym w -40ºC

Warunkiem właściwych efektów w przechowalnictwie mrożonej żywności jest zawsze:

- wysoka jakość surowców - właściwa technologia wytwarzania - nowoczesne, wielowarstwowe opakowania

te 3 czynniki określa się skrótem PPP: surowiec-obróbka-opakowanie

Mrożona żywność w domu działanie konsumenta

- kupujący przejmuje odpowiedzialność za właściwe obchodzenie się, przechowywanie i przygotowanie produktów mrożonych do spożycia

- temperatura w momencie zakupu nie powinna być wyższa niż -18ºC

- opakowania produktów mrożonych nie mogą być uszkodzone

- podczas transportu do domu produkty powinny być odpowiednio zabezpieczone

- czas transportu do domu powinien być krótki

- po przybyciu do domu produkty należy umieścić w zamrażarce lub lodówce

- produkt w chwili zakupu ma jeszcze duży zapas okresu przechowywania, tzn. można go jeszcze przechowywać w domu w zamrażarce

Oznakowanie zamrażarek:

znak	temp.	czas przechowywania
*	- 6ºC	1 tydzień
**	- 12ºC	1 miesiąc
***	- 18ºC	3 miesiące

Rozmrażanie w domu:

- tam gdzie to możliwe gotowanie ze stanu zamrożonego lub częściowo zamrożonego

- jeśli rozmrażanie jest konieczne najlepiej robić to w lodówce, lub dla skrócenia czasu w temp. pokojowej lub też mikrofalówce

- jedynie w przypadku szczelnych opakowań można prowadzić w strumieniu zimnej wody

- duże kawałki mięsa, grube filety ryb, drób lepiej przyrządzać po uprzednim rozmrożeniu

Materiały na opakowania mrożonej żywności:

▪ aluminium

▪ woreczki polietylenowe

▪ sztywne pojemniki z tworzyw sztucznych ze szczelnymi zamknięciami

▪ pudełka tekturowe powlekane woskiem

▪ szkło - tendencja do pękania

Okres przechowywania:

produkty:	czas przechowywania:
- ryby, tłuste mięso	2-3 miesiące
- dania gotowe, mrożonki	3 miesiące
- chleb, ciasto, owoce, warzywa	6 miesięcy - 1 rok

Do zamrażania nie nadają się:

- jaja, bardzo tłuste mięso, sosy, kremy, sałata, rzodkiewka, banany, śmietanka, mleko, majonez

PRODUKTY ROŚLINNE - charakterystyka żywności pochodzenia roślinnego i jej zachowanie podczas obróbki chłodniczej.

Zamrażanie produktów roślinnych umożliwia kilkuletnie zachowanie naturalnej barwy i właściwości odżywczych,

ale obserwuje się pogorszenie tekstury (wyciek).

Zmiany chemiczne w tkankach roślinnych podczas zamrażania i składowania:

• reakcje związane z utratą właściwości smakowo-zapachowych i ich zmianami

• degradacja barwników

• enzymatyczne brunatnienie

• utlenianie kwasu askorbinowego

• zmiany pH

Zmiany można ograniczyć poprzez:

- prawidłowo przeprowadzone blanszowanie

- moczenie w syropach cukrowych

- obniżenie temp. składowania do -18ºC lub niżej

Reakcje związane z utratą właściwości smakowo-zapachowych i ich zmianami:

- w nieblanszowanych warzywach podczas składowania akumulują się w tkance lotne metaboliczne produkty glikolizy i związki karbonylowe, etanol

- substancje te powodują zmiany zapachu na:

∙ kiszonkowo-trawiasty (szpinak, szparagi)

∙ zapach kwasu masłowego (niektóre odmiany grochu)

∙ cierpki

∙ kapuściany

∙ zapach utlenionego oleju

- zapachy te są nie do usunięcia nawet przez obróbkę kulinarną

- straty i zmiany zapachu nieblanszowanych lub blanszowanych w zbyt niskiej temp. warzyw związane są ze zmianami enzymatycznymi

- lipooksygenaza to enzym odpowiedzialny w roślinach za utlenianie kw. tłuszczowych do wodorotlenków, które rozpadają się do związków karbonylowych

Degradacja barwników:

- przemiana chlorofilu a i b do odpowiednich brązowych feofityn

- należy unikać minimalnych strat chlorofilu ponieważ degradacja ok. 1,5% całości chlorofilu jest już wykrywalna gołym okiem

- blanszowanie zielonych warzyw ma podstawowe znaczenie dla zachowania przemian chlorofilu do feofityn podczas składowania chłodniczego

- samo blanszowanie nie jest jednak idealną metodą bo wywołuje ono konwersję chlorofilu do feofityn, ta konwersja zależy od:

~ stosunku chlorofilu a do b (a jest mniej stabilny)

~ czasu i temp. blanszowania

~ pH

- szybkie blanszowanie w wysokiej temp. daje najmniejsze straty chlorofilu

- im większe uszkodzenie tkanek, tym większe straty chlorofilu podczas przechowywania

- szybkość strat chlorofilu jest dużo większa ze wzrostem temp. składowania

- straty chlorofilu związane są też z jego utlenianiem z udziałem wolnych rodników powstałych podczas utleniania tłuszczy

Enzymatyczne brunatnienie:

- enzymatyczne utlenianie związków fenolowych tlenem

- enzym oksydaza o-difenolowa optymalne pH oksydazy o-difenolowej to ok. 6

- zniszczenie struktury komórkowej przez kryształy lodu inicjuje enzymatyczne brunatnienie poprzez ułatwienie kontaktu oksydazy o-difenolowej

z substratami

- EB występuje w większym stopniu przy powierzchni (łatwy dostęp tlenu)

Zapobieganie enzymatycznemu brunatnieniu:

- termiczna inaktywacja enzymów (wiąże się ze stratami właściwości smakowo-zapchowych i utratą koloru)

- dodatek inhibitorów brunatnienia ( kwas siarkowy i jego sole, kwas askorbinowy)

- usuwanie tlenu (szczelne zamknięcia lub mrożenie w cukrze)

Utlenianie kwasu askorbinowego:

- im bardziej kwaśne jest środowisko tym mniejsze utlenianie witaminy C

- utlenianie to przeprowadza oksydaza askorbinowa

- jeśli oksydaza jest niezinaktywowana to działa też w niskich temp.

- występuje głównie w owocach, gdyż mają niższe pH niż warzywa

Zmiany pH:

- zamrażanie powoduje zwiększenie stężenia soli we frakcjach niewymrożonych, sole mogą obniżać zmiany pH

- wytrącanie słabo zasadowych soli zmienia pH

---