OGÓLNA TECHNOLOGIA ŻYWNOŚCI

dr hab. inż. Krzysztof Surówka

LITERATURA:

1. E.Pijanowski, M.Dłużewska, A.Dłużewski, „Ogólna technologia żywności”, WNT Warszawa

2. Praca zbiorowa. pod red. P.Lewickiego, „Inżynieria i aparatura przemysłu spożywczego”, WNT Warszawa

3. Sabnikow, Popow, Łysiański, Pietko, „Procesy i aparaty w przemyśle spożywczym”

4. Poter, Kotchniss, “Foot science”

5. O.R.Fennemy “Food Chemistry” Marcel Dekker, New York

24.02.2005

Wykład 1

NAUKA O ŻYWNOŚCI

Zadania nauki o żywności:

1. Określenie właściwości produktów istotnych dla bezpieczeństwa i jakości.

2. Badanie przemian fizycznych, chemicznych i biochemicznych zachodzących w żywności.

3. Zrozumienie w oparciu o pierwsze punkty jak poszczególne przemiany wpływają na te właściwości produktów, które istotne są dla bezpieczeństwa i jakości

4. Zastosowanie tak uzyskanej wiedzy do właściwego doboru składników żywności rodzaju i parametrów operacji i procesów przetwórczych oraz przechowywania żywności.

Nauka o żywności - stosowanie nauk podstawowych i inżynierii do badania właściwości fizycznych, chemicznych i biochemicznych żywności oraz zasad przetwórstwa i przechowalnictwa.

Technologia żywności - wykorzystanie wiedzy z zakresu nauki o żywności do właściwej selekcji surowca przetwarzania , pakowania, przechowywania i dystrybucji tak aby konsument otrzymał żywność bezpieczną.

Ogólna technologia żywności - przedst. w sposób syntetyczny typowe dla wielu branż przemysłu spożywczego operacje i procesy jednostkowe związane z pozyskiwaniem surowców i ich wstępna obróbką, przetwarzaniem, pakowaniem i magazynowaniem. Jest wstępem dla szczegółowych technologii żywności.

Bezpieczeństwo żywności ( food sfety):

• podstawowe wymagania stawiane żywności

• produkt w momencie konsumpcji musi być wolny od fizycznych chemicznych i mikrobiologicznych zagrożeń (Product - Procesing - Packing PPP)

• konsument może dostrzec tylko część wad produktu (barwa, tekstura, flavour) inne są dla niego ukryte (zanieczyszczenia chemiczne i mikrobiologiczne, gorsza wartość odżywcza).

Jakość żywności (food quality):

• w krajach zamożnych konsumenci dokonują wyboru żywności w oparciu o szereg czynników, które można określić jednym słowem - jakość

• jakość jest to stopień doskonałości (smak, zapach, wygląd, tekstura, wartość odżywcza) jest ściśle związana z ceną - wartość produktu

• konsumencka ocen jakości oparta jest na posługiwaniu się zmysłami: wzroku, dotyku, smaku, słuchu. Ocenia się wygląd (rozmiary, kształt, połysk, klarowność, kolor, uszkodzenia); teksturę (twardość, kruchość, elastyczność), właściwości smakowo-zapachowe ( flavour).

Pogorszenie się bezpieczeństwa jakości żywności związane jest ze zmianami w obrębie tekstury, właściwości smakowo-zapachowych, barwy i wartości odżywczej (rys. 1):

• zmiany te powodowane są szeregiem procesów chemicznych i biochemicznych zachodzących przy przetwórstwie i składowaniu żywności

• przebieg tych procesów jest uzależnionych od następujących czynników

1. tekstura

a/ zmniejszenie rozpuszczalności

b/zmniejszenie wodochłonności

c/ twardnięcie

d/ mięknięcie

2. Smaku i zapachu:

a/ jełczenie (hydrolityczne lub oksydatywne)

b/przypalenie

c/ inne obce smaki i zapachy.

3. Koloru:

a/ciemnienie

b/ rozjaśnienie (blakniecie)

c/ inne nienaturalne kolory.

4. Straty wartości odżywczych:

a/ witamin

b. substancji mineralnych

c/ białka

d/ tłuszcze.

Parametry wpływające na jakość i bezpieczeństwo żywności:

Temperatura (T), czas (t), szybkość (dT/dt), pH, skład produktu, skład fazy gazowej, aktywność wodna (a_w).

Temperatura:

• parametr najistotniejszy

• wpływa na przebieg zjawisk fizycznych, reakcji chemicznych, biochemicznych oraz rozwój drobnoustrojów

• równanie Arrheniusa k=exp(-dE/RT) rys.4

• odstępstwa od równania Arrheniusa

a/ zmiana mechanizmu reakcji

b. zmiana fizycznego stanu układu np. zamrożenie

c/ termiczna inaktywacja enzymu

d/denaturacja mrożeniowa enzymów lub krioliza

e/ wyczerpanie któregoś z reagentów.

Czas:

• ściśle związany z szybkością procesów, a ta = f(T)

• bardzo istotny w procesach technologicznych (HTST high temperature short time, sterylizacja, właściwości sensoryczne)

• istotny w procesach: sekwencjach (NEB nieenzymatyczne brunatnienie, oksydacja tłuszczów)

• przechowalnictwo: przemiany nieodwracalne i addytywne HQL, PSL

pH

• wpływ na kierunek i szybkość przemian

• bardzo istotne za względu na rozwój drobnoustrojów (4,6)

• ekstremalne wartości pH - kataliza H⁺, OH^-

• nawet niewielkie zmiany bardzo istotne (glikoliza mięsa - PSE, PSD)

skład produktu

• od niego zależą przemiany jakie zachodzą w przetwórstwie i przechowalnictwie

• f ( odmiany, obchodzenie się z surowcami - obicia owoców, szybkość glikolizy mięsa)

• wpływa na trwałość

• mieszanie różnych składników - interakcje, przyspieszanie lub spowolnianie procesów)

• modyfikacja składu ( dodatki do żywności, usuwanie niektórych składników)

skład fazy gazowej

• istotne stężenie O₂

• pakowanie próżniowe, w gazach obojętnych, CAP, MAP

(winteryzacja olejów - schładzanie - oddzielanie frakcji wytrącalnych)

Aktywność wodna

• związana z dostępnością wody w produkcie

• wpływa na szybkość wielu reakcji chemicznych i rozwoju drobnoustrojów (rys5 i 6)

aktywność wody 0 - mała

akt.wody 1 -taka jak w czystej wodzie

Pokrycie monomolekularne - cząsteczki H₂O pokrywają produkt pojedynczą warstwą, chroniąc produkt przed dostępem tlenu.

Bezpieczna żywność - eliminacja zagrożeń

Zagrożenia:

• biologiczne

- bakterie, grzyby, pleśnie, wirusy, pasożyty, toksyny

- infekcje i intoksykacje

- USA: 1000 osób (grupa zagrożona) umiera rocznie na skutek zatruć pokarmowych (rys.7)

• chemiczne

- substancje występujące naturalnie w żywności

- substancje wprowadzone do żywności: celowo i wnikające ze środowiska (Rys.8)

TYPY ZAGROŻEŃ CHEMICZNYCH:

I. Substancje występujące naturalnie:

• mikotoksyny (np.aflatoksyny)

• toksyny grzybów,

• toksyny owoców morza (często neurotoksyny)

• hemoglutyniany.

• alkaloidy

II. Wprowadzone substancje chemiczne:

a) związane z produkcja rolniczą (nawozy sztuczne - nadmiar, pestycydy, fungicydy, insektycydy, antybiotyki, hormony wzrostu)

b) subst zabronione (wg ustawodawstwa danego kraju, np. dodatki do żywności)

c) substancje ze środowiska, metale ciężkie i związki chemiczne: Pb, Zn, As, Hg, Cd, CN^-, WWA(Wielopierścieniowe Węglowodory Aromatyczne), PCB

d) dodatki do żywności ( powyżej ustalonego limitu): konserwanty (γ-COO^-, NO₂^-, SO₂^- ), intensyfikatory smaku (MSG glutaminian sodu), dodatki żywieniowe (niacyna), barwniki

e) pozostałości smarów, środków myjących, itp.

f) substancje chemiczne dodawane celowo (sabotaż)

• fizyczne

- materiały obce w surowcu

- materiały wprowadzone w procesie przetwarzania

-szkło, drewno, kamienie, metale, owady, kości

• zagrożenia żywieniowe

- występują przy nadmiernym spożywaniu żywności uważanej za sprzyjającą chorobom nowotworowym, miażdżycy, chorobom serca, otyłości itp.

Eliminowanie (ograniczanie) zagrożeń

a) Dobra Praktyka Produkcyjna ( Good Manufacturing Practice - GMP)

b) Analiza Zagrożeń i Kontrola Punktów Krytycznych ( Hazard Analysis and Critical Control Piont - HACCP)

Siedem głównych zasad (elementów) systemu HACCP

1) Analiza Zagrożeń (HA) - identyfikacja zagrożeń, ocena ich istotności oraz ryzyka z nimi związanego.

Zakres: od produkcji surowca poprzez przetwórstwo, dystrybucję aż do konsumpcji.

2) Określenie krytycznych punktów (CCP)- wskazanie na miejsca i etapy, w których brak kontroli może wywołać zagrożenia dla bezpieczeństwa produktu.

3) Ustalenie Krytycznych Parametrów dla Każdego CCP - przyjęcie kryteriów, których przekroczenie świadczy o niewłaściwym przebiegu procesu ( PH produktu, temperatura pasteryzacji)

4) Dobór Systemów Monitorowania - właściwe rejestrowanie krytycznych parametrów w każdym z CCP

5) Ustalenie Procedury Podejmowania Czynności Korygujących w przypadku stwierdzenia odchyleń w CCP

6) Opracowanie Systemu Dokumentacji - takie przechowywanie wyników pomiarów parametrów w CCP, aby były one szybko dostępne dla producenta i czynników kontrolnych

7) Weryfikacja Działania Systemu HACCP - sprawdzanie jak działanie systemu wpływa na jakość i bezpieczeństwo produktu gotowego.

Proces produkcyjny (TŻ) - zbiór świadomych czynności zmierzających do przekształcenia surowców biologicznych w produkty spożywcze o jak największej wartości użytkowej

Proces technologiczny - ciąg operacji i procesów jednostkowych następujących w określonej sekwencji czasowej począwszy od obróbki surowca aż do otrzymania gotowego produktu

Operacja jednostkowa - czynności procesu technologicznego o charakterze fizycznym

• operacje mechaniczne (rozdrabianie, mieszanie)

• operacje cieplne ( ogrzewanie chłodzenie)

• operacje dyfuzyjne (suszenie, ekstrakcja)

• operacje fizykochemiczne - związane ze zmianą stanu skupienia lub rozproszenia ( krystalizacja, zamrożenie, emulgowanie)

Procesy jednostkowe - czynności procesu technologicznego o charakterze chemicznym, biochemicznym lub biologicznym

• procesy chemiczne (hydroliza, destylacja)

• procesy biochemiczne ( stosowanie drobnoustrojów, enzymów)

Często wyraźny rozdział miedzy operacją, a procesem jednostkowych jest utrudniony bo wiele z nich zachodzi jednocześnie.

Podział produktów spożywczych

I wg pochodzenia surowca

• roślinne

• zwierzęce

• mieszane ( odzywki, koncentraty spożywcze)

II wg składu chemicznego (decyduje dominujący składnik)

• białkowe

• tłuszczowe

• węglowodanowe - cukrowe, skrobiowe

III wg stopnia przetworzenia

• naturalne produkty nie przetworzone i nie utrwalone (mleko, owoce, warzywa, mięso, jaja)

• naturalne produkty nie przetworzone, utrwalone w różny sposób, tak że dostrzega się jeszcze pierwotny charakter surowca ( mrożonki, produkty sterylizowane, pasteryzowane, suszone, solone śledzie, produkty konserwowane chemicznie)

• produkty przetworzone, w których surowiec zatracił już swój pierwotny charakter. Często mają duża trwałość ( masło, sery, wędliny, dżemy, pieczywo itp.)

• produkty pochodne (derywaty) - powstałe przez wyodrębnienie czystego składnika (mączka ziemniaczana, cukier, olej rzepakowy)

• produkty pochodne przetworzone - derywaty poddane dalszym procesom przetwarzającym (margaryna, TVP, skrobia modyfikowana, syropy skrobiowe)

• produkty całkowicie wytworzone przez przemysł spożywczy. Głównie produkty fermentacji i biosyntezy (alkohol, niektóre spożywane kwasy organiczne, aminokwasy, witaminy, drożdże, ogólnie biomasa)

IV wg stopnia przygotowania do bezpośredniej konsumpcji

• naturalne produkty nie przetworzone i nie wymagające przygotowania przez spożyciem ( miód, owoce, mleko, ostrygi)

• naturalne produkty spożywcze częściowo przetworzone - półprodukty ( częściowo przetworzone mięsa, mrożonki)

• przygotowane do spożycia ( chleb, wędliny, wyroby cukiernicze, konserwy)

5

---