Technik_tech_zywnosci_321[09]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Procesy fizykochemiczne i ich znaczenie w przetwórstwie żywności

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Procesy chemiczne i ich znaczenie w przetwórstwie żywności

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Procesy biotechnologiczne i ich znaczenie w przetwórstwie żywności

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o procesach jednostkowych

w technologii przetwarzania żywności, o wpływie właściwości surowców na zachodzące
zmiany a także ułatwi dobieranie maszyn, urządzeń i aparatów do poszczególnych procesów
jednostkowych.

Poradnik ten zawiera:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiedzy, które powinieneś
mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej,

−

cele kształcenia tej jednostki modułowej,

−

materiał nauczania, który umożliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania
ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów (wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną
literaturę oraz inne źródła informacji),

−

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści,

−

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.

Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub

instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej.

Jednostka modułowa: Prowadzenie procesów jednostkowych w technologii przetwarzania

żywności, której treści poznasz umożliwia zrozumienie procesów technologicznych
w przetwórstwie spożywczym.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp

i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych
prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

klasyfikować maszyny i urządzenia ogólnego zastosowania w przemyśle spożywczym,

−

charakteryzować surowce stosowane w przemyśle spożywczym,

−

określać wpływ różnych operacji technologicznych na wartość użytkową wyrobów
przetwórstwa spożywczego,

−

prowadzić badania organoleptyczne jakości surowców, półproduktów i produktów
spożywczych,

−

stosować zasady obsługi maszyn i urządzeń używanych w procesach dyfuzyjnych,
fizykochemicznych i biotechnologicznych,

−

dobierać maszyny i urządzenia do procesów technologicznych przemysłu spożywczego,

−

określać konfigurację maszyn i urządzeń do produkcji ciągłej w przemyśle spożywczym,

−

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa, higieny pracy, wymagań ergonomii, ochrony
przeciwpożarowej i ochrony środowiska,

−

korzystać z różnych źródeł informacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

scharakteryzować sposoby prowadzenia procesów przetwarzania żywności,

−

określić wady i zalety poszczególnych procesów przetwarzania żywności,

−

dokonać analizy zmian sensorycznych i odżywczych zachodzących w surowcach pod
wpływem procesów jednostkowych w przetwórstwie spożywczym,

−

rozróżnić procesy jednostkowe stosowane w przetwórstwie spożywczym na podstawie
oceny sensorycznej produktów żywnościowych,

−

dobrać procesy jednostkowe do różnych technologii przetwarzania żywności,

−

określić parametry pracy maszyn i urządzeń podczas przeprowadzania operacji
technologicznych żywności,

−

zaprojektować cykl produkcyjny zakładu przetwórczego,

−

zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony środowiska i ochrony
przeciwpożarowej, ochrony zdrowotnej żywności, wymagania ergonomii przy
prowadzeniu procesów jednostkowych,

−

skorzystać z różnych źródeł informacji technicznej, technologicznej i ekonomicznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Procesy fizykochemiczne i ich znaczenie w przetwórstwie

żywności

4.1.1. Materiał nauczania

Klasyfikacja operacji i procesów fizykochemicznych
Operacje i procesy fizykochemiczne polegają głównie na zmianie stanu skupienia lub

rozproszenia  przetwarzanego  surowca,  w  których  zasadnicza  rolę  odgrywają  zagadnienia
powierzchniowe  natury  fizykochemicznej. Powierzchnię odgraniczającą od siebie dwie fazy,
czyli  jednolite  pod  względem  fizycznym  i  chemicznym  części  układu,  nazywa  się
powierzchnią granicy faz, albo granicą faz [3, s.167].
Operacje i procesy fizykochemiczne w technologii żywności wykorzystuje się głównie do:

−

nadawania produktom płynnym konsystencji bardziej zestalonej, przez dodatek
substancji wiskozogennych lub żelujących,

−

tworzenia struktury jednorodnej układów wielopostaciowych,

−

destabilizacji układów złożonych, w celu wydzielenia z nich składnika, albo
otrzymywania jednego czystego składnika.

Do najbardziej rozpowszechnionych operacji i procesów fizykochemicznych można zaliczyć:

−

krystalizację,

−

sorpcję,

−

emulgowanie,

−

żelifikację,

−

aglomerowanie ciał sproszkowanych.

Krystalizacja i sorpcja są również zaliczane do operacji dyfuzyjnych, jednakże różnią się od
nich jednokierunkowym ruchem dyfuzyjnym składnika do granicy powierzchni i dlatego też
są omawiane razem z procesami fizykochemicznymi.

Krystalizacją nazywa się wydzielenie fazy stałej w postaci kryształów z fazy płynnej lub

z gazowej. Wydzielanie kryształów z fazy gazowej nazywa się kondensacją sublimacyjną.
Krystalizacja  polega  na  porządkowaniu  atomów,  jonów  lub  cząsteczek,  będących  w  stanie
bezładnego ruchu, charakterystycznego dla płynów, do stanu  bardziej trwałego, regularnego,
krystalicznego.

Warunkiem niezbędnym do powstania fazy krystalicznej z fazy ciekłej jest przesycenie

roztworu  na  skutek  zmiany  temperatury  roztworu  nasyconego,  przez  usunięcie  części
rozpuszczalnika  lub  poprzez  obie  te  metody  razem.  Sposób  krystalizacji  zależy  od  tego  czy
rozpuszczalność  ciała  maleje,  czy  też  wzrasta  wraz  ze  zmianą  temperatury.  Jeśli
rozpuszczalność  maleje,  wystarczy  roztwór  oziębić,  jeśli  wzrasta  -  należy  rozpuszczalnik
odparować lub dodać substancje go wiążące. W tworzeniu fazy krystalicznej można wyróżnić
dwa etapy:
–

tworzenie się zarodków krystalicznych,

–

wzrost zarodków, z ewentualnym tworzeniem się nowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Powstawanie kryształów wymaga otrzymania roztworu przesyconego (rys.1.).

Rys. 1. Rozpuszczalność ciał krystalicznych według teorii Miersa [ 4, s. 171]

1- roztwór nienasycony, 2 – roztwór przesycony półtrwały, 3- roztwór przesycony labilny,

A – krzywa normalnej rozpuszczalności, B – krzywa nadrozpuszczalności

Następnie dodaje się niewielkie ilości drobno zmielonego ciała stałego, w celu

zapoczątkowania  krystalizacji,  czyli  tzw.  zaszczepienia  kryształów.  Ilość  zarodków
powstających  w  jednostce  czasu,  zdolność  do krystalizacji  zależy  od  stopnia  przechłodzenia
i lepkości roztworu lub stopu. Kolejna faza to narastanie kryształów. Tempo przesuwania się
granicy  między  fazą  stałą,  krystaliczną  a  ciekłą,  zależy  również  od  stopnia  przechłodzenia
i w pewnym  przedziale  temperatur  osiąga  wartość  maksymalną.  Zdolność  do  tworzenia
kryształów  i  szybkość  krystalizacji  mogą  przybierać  wartości  maksymalne  w  różnych
temperaturach.  Właściwość  ta  została  wykorzystana  w  praktyce  do  kierowania  procesem
krystalizacji.  Jeśli  krystalizację  będzie  się  prowadzić  w  temperaturze  optymalnej  dla
tworzenia się  zarodków  krystalicznych, to otrzyma się dużą  liczbę  kryształów,  ale o  małych
wymiarach.  Jeśli  krystalizację  poprowadzimy  w  temperaturze  optymalnej  dla  powiększania
się  rozmiarów  kryształów  i  nie  pokrywającej  się  temperaturą  optymalną  dla  tworzenia  się
zarodków

powstanie wówczas mało, ale dużych kryształów.

Krystalizacja w przemyśle spożywczym jest stosowana głównie w celu:

−

wydzielania z surowca składnika w czystej postaci krystalicznej, np. cukier, kwasy
spożywcze, witaminy, aminokwasy,

−

krystalizacji składnika bez wydzielania go z gotowego produktu, np. lody spożywcze,
mleko zagęszczone z cukrem, margaryna, masło, czekolada.
W pierwszym przypadku zależy na otrzymaniu dużych kryształów o wyrównanej

wielkości.  Ułatwia  to  znacznie  oddzielenie  od  płynu  macierzystego,  oczyszczanie,  a  także
transport i  magazynowanie, gdyż produkt się nie pyli,  nie zbryla. W drugim przypadku, gdy
wykrystalizowane  składniki  nie  są  usuwane  z  przetwarzanego  surowca,  zależy  na  tym  aby
otrzymać  kryształy  jak  najmniejsze,  nie  wyczuwalne  w  czasie  konsumpcji  oraz  nie
powodujące takich wad jak: mączystość, grysikowatość.

Krystalizacja sacharozy w produkcji cukru jest przykładem krystalizacji składnika

oddzielanego z roztworu. Można tego dokonać dwoma sposobami: przez oziębienie roztworu
o stężeniu wyższym niż mieszaniny eutektycznej, lub przez odparowanie wody.
Sok buraczany otrzymany przez ekstrakcję jest oczyszczany, zagęszczany do stężenia 60 - 65%,
kierowany do warników (rys.2), gdzie ulega zagęszczeniu do tzw. cukrzycy, a następnie, po
zapoczątkowaniu krystalizacji jest kierowany do krystalizatorów (rys.3).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.2. Warnik jednokomorowy [9, s. 301] 1 – komora grzejna z rurą cyrkulacyjną

2, 3 – doprowadzenie pary do komory grzejnej, 4 – rurki odprowadzające nieskroplone gazy,

5 – bełkotka parowa, 6 – rurka do odciągu soku

Rys.3. Powierzchnie chłodzenia krystalizatorów [9, s.301]

Krystalizacja tłuszczu jest przykładem krystalizacji stopu. Jest to proces bardzo

skomplikowany ze względu na fakt, że tłuszcze są mieszaniną cząsteczek rożnych
glicerydów, o różnych temperaturach krystalizacji, stopniach przesycenia, różnej zdolności do
tworzenia kryształów mieszanych. Kryształy mieszane to takie, w których część cząsteczek
jednego składnika została zastąpiona przez cząsteczki drugiego składnika.

W przypadku tłuszczów nie ma jednej krzywej równowagi fazowej, tak jak w przypadku

sacharozy, ale dwie - jedna dla całkowitego zestalania, druga dla upłynniania. Krzywe te
tworzą pętlę, co oznacza, że dla określonego składu mieszaniny temperatura krzepnięcia jest
inna niż temperatura topnienia i odwrotnie. Mieszaniny o tym samym składzie nie upłynniają
się i nie zestalają w tej samej temperaturze (rys. 4.). Prowadząc krystalizację w odpowiednich
warunkach można zmieniać kształt kryształów bez zmiany struktury siatki krystalicznej.

Rys. 4. Krystalizacja mieszaniny trójglicerydów [9,s. 302 ]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Krystalizacja frakcyjna polega na powolnym ochładzaniu tłuszczu stopionego

lub rozpuszczonego w rozpuszczalniku organicznym, w celu rozdzielenia go na frakcje
o różnym zakresie temperatury topnienia. Stosuje się ją do tzw. wymrażania albo winteryzacji
olejów z nasion słonecznika lub bawełny. Ma to na celu oddzielenie niewielkiej ilości
glicerydów stałych, które w czasie przechowywania wytrącają się i powodują zmętnienie oraz
osad. Metodą tą uzyskuje się tłuszcze stanowiące namiastki masła kakaowego.

Sorpcja jest to proces zachodzący podczas zetknięcia się dwóch faz, polegający na

adsorpcji,  czyli  zwiększaniu  lub  zmniejszaniu  stężenia  substancji  na  granicy  faz,  lub  też  na
absorpcji,  czyli  na  pochłanianiu  substancji  i  równomiernym  rozprowadzaniu  w  całej  masie
jednej  z  faz.  Substancja  pochłaniająca to  sorbent (adsorbent,  absorbent),  pochłaniana-  sorbat
(adsorbat, absorbat).

Adsorpcja
Substancją pochłaniającą powierzchniowo jest najczęściej ciało stałe z rozbudowaną

powierzchnią, a adsorbatami są gazy, pary, substancje rozpuszczone w roztworze albo obecne
w  gazie.  Adsorpcja  w  technologii  żywności  jest  wykorzystywana  przy:  wytwarzaniu
i stabilizacji  różnych  układów  dyspersyjnych  typu  emulsji  i  pian,  odkwaszaniu  żywności,
usuwaniu soli mineralnych z mleka i serwatki przy produkcji odżywek dla niemowląt i dzieci,
otrzymywaniu  laktozy,  aglomerowaniu  substancji  sproszkowanych.  Adsorpcja  występuje
również przy chłonięciu rozpuszczalnika i pęcznieniu ciał, np. chłonięcie wody przez ziarenka
skrobi  przy  jej  kleikowaniu,  czy  przez  ziarna  zbóż  podczas  kiełkowania  związanego
z otrzymywaniem  słodu.  W  przetwórstwie  żywności  najczęściej  stosowanym  adsorbentem
jest  węgiel  aktywny.  Może  być  stosowany  w  odbarwianiu  cukru,  syropu  skrobiowego,
hydrolizatów  białkowych,  do  klarowania  i  usuwania  niepożądanych  zapachów  z  wina.
Adsorbentem szeroko stosowanym w technologii przetwórstwa żywności jest ziemia bieląca.
Głównie stosuję się ją w przemyśle olejarskim do odbarwiania i odwaniania surowych olejów
roślinnych  i usuwania z nich katalizatora niklowego. Do ziemi  bielącej zalicza się bentonity,
zdolne  do  pęcznienia  i  adsorbowania  zmętnień.  Jako  adsorbenty  można  wykorzystywać:
żelatynę,  agar,  skrobię  modyfikowaną  i  inne  substancje  klarujące,  stabilizujące,
zagęszczające, należące do substancji dodatkowych dozwolonych.

Absorpcja
W technologii przetwórstwa żywności największe znaczenie ma pochłanianie gazu przez

ośrodek ciekły. Spośród stosowanych gazów najczęściej używa się dwutlenku węgla,
dwutlenku siarki i powietrza.

jest stosowany do nasycania cieczy, czyli tzw. saturacji w cukrownictwie, do

strącania nadmiaru wapnia po defekacji, w produkcji win szampańskich i innych napojów
gazowanych alkoholowych i bezalkoholowych.

jest wykorzystywany przy tzw. siarkowaniu w celu usunięcia z wina niepożądanego

zapachu „nawietrzenia”, w zapobieganiu ciemnieniu nieenzymatycznemu, do chemicznego
konserwowania półproduktów, np. pulp, miazg, przecierów, moszczów.

Sterylne powietrze jest stosowane przy napowietrzaniu podłoża w hodowli tlenowych

drobnoustrojów.
Urządzenia  do  absorpcji  nazywa  się  absorberami.  Zetknięcie  gazu  z  cieczą  może  zachodzić
w przeciwprądzie, lub we współprądzie. Odbywa się to przez przepuszczenie gazu nad cieczą,
doprowadzenie  gazu  od  dołu  cieczy  przewodem  z  drobnymi  otworkami,  rozpylanie  cieczy
w tzw.  kolumnach  rozpylających,  rozdział  cieczy  na  cienkie  strumienie  w  kolumnach
o zraszanych rurach  pionowych w wieżach półkowych  lub też przepływ cieczy  i gazu przez
aparat wypełniony pierścieniami Raschiga i innymi materiałami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Desorpcja jest zjawiskiem odwrotnym do absorpcji lub adsorpcji. Wykorzystuje się ją do

odzyskiwania  gazu  zużytego  uprzednio  do  nasycenia  ośrodka  ciekłego,  desulfitacji
półproduktów,  regeneracji  adsorbentów,  np.  węgla  aktywnego.  Może  być  stosowana  przy
usuwaniu  powietrza  z  proszku  mlecznego  w  celu  wprowadzenia  na  jego  miejsce  gazu
nieczynnego  -  azotu  lub  dwutlenku  węgla.  Desorpcja  gazów  odbywa  się  najczęściej  przez
silną redukcję ciśnienia, niekiedy przy współudziale doprowadzonego ciepła.

Emulsja jest to makroskopowo jednorodny układ dyspersyjny dwóch nie mieszających

się ze sobą cieczy. Jedna z nich stanowi  fazę zdyspergowaną, rozproszona albo wewnętrzną,
natomiast druga - ciecz, w której są zawieszone kuleczki fazy rozproszonej, nosi nazwę fazy
dyspergującej,  ciągłej  albo  zewnętrznej.  W  technologii  żywności  spotyka  się  emulsje,
w których  jedną  z  faz  jest  faza  wodna  z  rozpuszczonymi  w  niej  solami.  Drugą  jest  faza
olejowa  złożona  z  tłuszczów  roślinnych  i  zwierzęcych  oraz  rozpuszczonych  w  nich
substancji.  Emulsje  dzielimy  na  emulsje  typu  olej  w  wodzie  (o/w),  w  których  fazą
rozproszoną  jest  tłuszcz  a  ciągłą  woda  i  emulsje  typu  woda  w  oleju  (w/o),  w  których  fazą
ciągłą  jest  tłuszcz  a  rozproszoną  woda.  Emulsje  dzielimy  na  naturalne  (mleko)  i  sztuczne
(sosy,  majonezy,  margaryna),  a  także  na  rozcieńczone,  w  których  faza  rozproszona  stanowi
mniej niż 50% objętości całego układu  i stężone, w których  faza rozproszona zajmuje ponad
50% objętości układu.
Emulsje  można  otrzymać  z  dwóch  nie  mieszających  się  cieczy  w  wyniku  mechanicznego
rozdrobnienia,  ale  emulsje  te  bardzo  szybko  tracą  jednorodny  wygląd,  ulegają
rozwarstwieniu.  Emulsja  dostatecznie  trwała  wymaga  obecności  substancji  zdolnej  do
obniżenia  napięcia  powierzchniowego  na  granicy  wytworzonych  faz,  czyli  emulgatora.
Emulgator  jest  adsorbowany  na  powierzchni  międzyfazowej.  Jego  stężenie  w  warstwie
powierzchniowej  jest wyższe  niż w każdej z faz  nie  mieszających się.  Adsorpcja emulgatora
na  granicy  faz  powoduje  usunięcie  z  niej  cząsteczek  silnie  przyciąganych  przez  cząsteczki
jednoimienne  faz  nie  mieszających  się,  a  w  konsekwencji  powoduje  to  obniżenie  napięcia
międzyfazowego.  Dzięki  temu  na  granicy  faz  nie  tylko obniża się  napięcie  powierzchniowe,
ale  tworzy  się  błonka  powierzchniowa,  która  przeciwdziała  zlewaniu  się  kuleczek  fazy
wewnętrznej.
W  technologii  żywności  z  dwóch  nie  mieszających  się  faz  można  otrzymać  obydwa  typy
emulsji,  głównie  dzięki  zastosowaniu  odpowiedniego  emulgatora.  Emulgatory  oprócz
właściwego  działania  emulgującego  mogą  również  zwiększać  odporność  na  utlenianie
niektórych  składników  żywności,  poprawiać  ich  właściwości  reologiczne,  rozpuszczalność.
Emulgowanie tłuszczów zwiększa ich przyswajalność.

Koagulacja i żelifikacja
Koagulacja to proces łączenia się cząstek koloidowych w większe agregaty. Proces ten

jest charakterystyczny dla układu koloidowego, w którym wymiary cząstek składających się
na fazę rozproszoną, wynoszą od 1 do 500 nm.

Właściwości fizyczne i chemiczne układów koloidowych zależą zarówno od fazy
rozproszonej, jak i od fazy ciągłej (tab.1).

Tabela 1. Nazwy układów koloidowych wg Oswalda [9,s. 305]

Faza ciągła

Faza

rozpuszczona

gaz

ciecz

ciało stałe

Gaz

piana

okluzja,

piana stała

Ciecz

mgła

emulsja

emulsja stała

Ciało stałe

aerozol (np. dym)

zawiesina,

suspensja koloidowa,

zol

zol stały

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Koloidy można podzielić w zależności od relacji między fazą rozproszoną i ciągłą.
Jeśli  cząsteczki  fazy  rozproszonej  łączą  się  z  fazą  ciągłą,  czyli  ulegają  solwatacji,  koloid
nazywa  się  liofilowym  (hydrofilowym  -  jeśli  fazą  ciągłą  jest  woda).  Gdy  cząstki  fazy
zdyspergowanej  nie  łączą  się  z  cząsteczkami  fazy  ciągłej,  koloid  określany  jest  jako
liofobowy (hydrofobowy - gdy fazą ciągłą jest woda).
Jedną  z  cech  charakterystycznych  dla  koloidów  liofilowych  jest  galaretowacenie,  żelowanie,
czyli  samorzutne  przechodzenie  ze  stanu  rozpuszczalnego,  zwanego  zolem,  w  stan  półstały,
lepki  -  żel  (tab.2.).  Przyczyną  żelowania,  oprócz  koagulacji  może  być  asocjacja  lub
powstawanie wiązań między cząsteczkami koloidu bez utraty przez nie otoczek stabilizujących.
Może  to  również  być  powodowane  przez  łączenie  się  cząsteczek  koloidowych  w  struktury
wewnętrzne,  złożone  z  trójwymiarowej  sieci  przestrzennej,  stanowiącej  rusztowanie  albo
szkielet,  wewnątrz  którego  zostaje  unieruchomiona  ciągła  płynna  faza  żelu. Proces  żelowania
i jakość otrzymanej galarety zależą od wielu czynników: kształtu i stężenia  fazy rozproszonej,
obecności  elektrolitów  i  środków  odwadniających  w roztworze,  pH  i  temperatury  roztworu,
czasu żelowania.

Tabela 2. Właściwości koloidów liofobowych i liofilowych [ 9,s.305]

Koagulacja i żelowanie mają zastosowanie w technologii żywności np.:

−

w mleczarstwie - przy wyrobie serów, mlecznych napojów fermentowanych, kazeiny,

−

w przemyśle owocowo-warzywnym - do otrzymywania galaret, dżemów, marmolad,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

w przemyśle mięsnym i rybnym – przy produkcji galaret.

Galaretowacenie może być również zjawiskiem niepożądanym. Dotyczy to m.in.
galaretowacenia mleka zagęszczonego, śmietanki do kawy, soków podczas zagęszczania.

Aglomerowanie ciał sypkich
Aglomerowaniem, ogólnie nazywa się łączenie cząstek małych w większe. Dzięki

aglomerowaniu  ciał  sypkich  nabierają  one  nowych  właściwości.  Nie  rozpylają  się  w  trakcie
mieszania,  dozowania,  pakowania,  są  mniej  higroskopijne,  maja  lepszą  zwilżalność,
opadalność  i  prawie  natychmiastową  roztwarzalność  w  roztworach  wodnych.  Produkty
aglomerowane,  charakteryzujące  się  szybką,  prawie  natychmiastową  rozpuszczalnością,  są
określane  jako  instant.  W  przemyśle  spożywczym  można  spotkać  wiele  przykładów
produktów aglomerowanych: mleko w proszku, cukier puder, ekstrakty kawy, herbaty, kakao,
zupy błyskawiczne, napoje owocowe i warzywne w proszku, dekstryna, odżywki.

Mleko chude w proszku typu instant było pierwszym aglomerowanym na dużą skalę

produktem (rys.5.). Aglomerowany cukier jest bardzo sypki, ale się nie pyli i bardzo szybko
się rozpuszcza. Stosuje się go do produkcji napojów w proszku, czekolady, lukru.
Aglomerowane dekstryny wykazują lepszą zwilżalność.

Rys. 5. Urządzenie Niro – Atomizer do produkcji proszku mlecznego typu instant jednofazową metodą

bezpośrednią [4,s.190]

1 – wieża suszarnicza, 2 – suszarka wibrofluidyzacyjna, 3 – oziębiacz wibrofluidyzacyjny, 4 – przesiewacz,

5 – filtr powietrza, 6 – wentylator, 7 – ogrzewnica powietrza, 8 – urządzenie rozpylające, 9 – cyklony,

10 – przewód doprowadzający drobnoziarnistą frakcję proszku do wieży, 11 – oziębiacz powietrza

4.1.2 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jaki jest warunek niezbędny do powstania fazy krystalicznej?
2.  Od czego zależy wielkość powstających kryształów?
3.  Co to jest krystalizacja frakcjonowana?
4.  Czym rożni się adsorpcja od absorpcji i desorpcji?
5.  Gdzie ma zastosowanie absorpcja w technologii żywności?
6.  Jakie znasz rodzaje emulsji?
7.  Jaki jest cel stosowania emulgatorów w technologii przetwórstwa żywności?
8.  Jakie znasz koloidy wg Ostwalda?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9.  Czym różnią się koloidy liofilowe od liofobowych?
10.  Jakie czynniki wpływają na jakość galaret?
11.  Jakie właściwości mają produkty żywnościowe aglomerowane?
12.  W jaki sposób otrzymuje się produkty szybko rozpuszczalne typu instant?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Porównaj przebieg krystalizacji cukru i tłuszczu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat krystalizacji cukru,
2)  wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat krystalizacji tłuszczu,
3)  przeanalizować podobieństwa i różnice między tymi procesami,
4)  przeprowadzić obserwację krystalizacji cukru i tłuszczu,
5)  zaprezentować wnioski wynikające z ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów: cukru i margaryny,

−

schematy technologiczne produkcji cukru i margaryny,

−

katalogi maszyn i urządzeń stosowanych w operacjach fizykochemicznych,

−

literatura [9].

Ćwiczenie 2

Porównaj procesy sorpcji: adsorpcji, absorpcji, desorpcji w przetwórstwie spożywczym na

przykładzie odbarwiania cukru, saturacji cukrowniczej, desulfitacji pulp i przecierów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat procesów sorpcji,
2)  przeanalizować podobieństwa i różnice między tymi procesami,
3)  przeanalizować  zastosowanie  poszczególnych  procesów  w  technologii  przetwórstwa

żywności.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki cukru,

−

próbki węgla aktywnego,

−

schematy technologiczne cukru i przetworów owocowych,

−

katalogi maszyn i urządzeń stosowanych w operacjach fizykochemicznych,

−

literatura [9].

Ćwiczenie 3

Wyjaśnij procesy koagulacji i żelifikację w technologii żywności na przykładzie

klarowania soków owocowych i produkcji galaret owocowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat procesów koagulacji

i żelifikacji,

2) przeanalizować podobieństwa i różnice między tymi procesami,
3) przedstawić podobieństwa i różnice na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów soki naturalnie mętne, soki klarowne, dżemy, konfitury,

−

schematy technologiczne produkcji soków owocowych, dżemów,

−

literatura [9].

Ćwiczenie 4

Dobierz urządzenia do produkcji granulatu kawy rozpuszczalnej, pastylek miętowych,

koncentratów zup, zestawów obiadowych z sosem, deserów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat aglomerowania produktów

sypkich,

2)  wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje o celowości aglomerowania,
3)  wyszukać w katalogach maszyny i urządzenia stosowane do aglomerowania,
4)  dopasować urządzenia do aglomerowania określonych produktów,
5)  krótko uzasadnić swój wybór.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schematy technologiczne produktów spożywczych,

−

katalogi maszyn i urządzeń stosowanych do aglomerowania produktów sypkich,

−

literatura [4].

Ćwiczenie 5

Porównaj

próbki

rzeczywiste

mikroskopowe

mleka

pełnego

surowego

i homogenizowanego w różnych odstępach czasowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje o celowości homogenizacji i jej

wpływie na jakość produktów,

2)  wyszukać w katalogach maszyny i urządzenia stosowane do homogenizacji,
3)  obserwować mleko surowe i homogenizowane w różnych odstępach czasowych,
4)  zapisać wyniki obserwacji,
5)  krótko je uzasadnić.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki mleka surowego i mleka spożywczego homogenizowanego,

−

schematy technologiczne produkcji mleka spożywczego,

−

zestaw do badań mikroskopowych,

−

katalogi maszyn i urządzeń stosowanych do homogenizacji,

−

literatura [4].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Procesy chemiczne i ich znaczenie w przetwórstwie

żywności

4.2.1. Materiał nauczania

Procesami chemicznymi w technologii żywności nazywa się te z nich, których istotą są

reakcje  chemiczne,  wymagające  zastosowania  określonych  substancji  chemicznych
i przebiegające bez udziału czynnika biologicznego. Ze względu na swoją specyfikę przemysł
spożywczy  korzysta  z  reakcji  chemicznych  w  ograniczonym  zakresie.  Procesy  chemiczne
w przetwórstwie  żywności  to  takie,  które  można  łatwo  kontrolować.  Syntezę  chemiczną
stosuje  się  w  produkcji  barwników  spożywczych,  substancji  zapachowych,  konserwantów,
niektórych witamin, aminokwasów.
Do  najbardziej  typowych  procesów  chemicznych  wykorzystywanych  w  przemyśle
spożywczym należą:
–

hydroliza,

–

neutralizacja,

–

uwodornienie,

–

reestryfikacja,

–

modyfikowanie skrobi i innych składników.

Hydroliza chemiczna w przemyśle spożywczym

Hydroliza jest to reakcja rozkładu substancji pod wpływem wody, przebiegająca według

ogólnego wzoru:

AB+ H·OH →AH+ BOH, gdzie AB - substancja ulegająca hydrolizie, AH i BOH -

produkty hydrolizy.

Hydroliza może być przyspieszona przez rożne czynniki fizyczne (wysoka temperatura,

ciśnienie),  chemiczne  (działanie  kwasów,  zasad),  enzymatyczne  (działanie  enzymów
hydrolitycznych  -  hydrolaz).  Hydroliza  jest  stosowana  na  dużą  skalę  w  przemysłach:
ziemniaczanym  -  wyrób  syropów  skrobiowych,  glukozy  oraz  koncentratów  spożywczych  -
produkcja  przypraw  bulionowych  z  hydrolizatów białkowych.  Stosuje  się również  hydrolizę
w przemyśle owocowo-warzywnym, przy produkcji miodu sztucznego.

Hydroliza skrobi ziemniaczanej ma zastosowanie w przetwórstwie przemysłowym

ziemniaka.  Polega  ona  na  rozerwaniu  wiązań  glikozydowych  w  cząsteczkach  skrobi,
z jednoczesnym przyłączeniem po jednej cząsteczce wody na każde wiązanie.
Hydroliza skrobi przebiega stopniowo:
SKROBIA →DEKSTRYNY→MALTOZA→GLUKOZA
Zależnie  od  stopnia  hydrolizy,  inaczej  stopnia  scukrzenia  skrobi  otrzymuje  się  różny  skład
związków  chemicznych  będących  elementami  rozłożonej  cząsteczki  skrobi.  Całkowity
rozkład  skrobi  do  glukozy  pozwala  na  otrzymanie  glukozy  krystalicznej.  Produkty
niecałkowitej  hydrolizy  zawierające  pewne  ilości  maltozy  i  dekstryn  to  cukier  skrobiowy  -
50-55% glukozy, syrop skrobiowy - 40% glukozy.
Stopień  scukrzenia  skrobi  określa  się  za  pomocą  równoważnika  glukozowego,  oznaczonego
symbolem  DE,  od  słów  ang.  dextrose  equivalent.  Równoważnik  ten  podaje  procentową
zawartość cukrów redukujących w suchej substancji hydrolizatu w przeliczeniu na glukozę:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Scukrzenie skrobi metodą kwasową nigdy nie przebiega do końca. DE osiąga wartość do 91,
co oznacza, że ze 100 kg skrobi można uzyskać ok. 91 kg glukozy.
Hydrolizie poddaje się mleczko skrobiowe o zawartości 35-38% skrobi z dodatkiem 0,1-0,4%
kwasu solnego lub siarkowego. Mieszaninę ogrzewa się w konwertorze w temperaturze 120-
130ºC przez 30÷50 minut. Podnoszenie temperatury i ciśnienia następuje stopniowo. Skrobia
zgodnie z równaniem przekształca się w dekstryny, następnie w maltozę i glukozę.

Hydroliza sacharozy w produkcji miodu sztucznego

Sztuczny miód jest otrzymywany przez łagodną kwaśną hydrolizę sacharozy. Sacharoza

stosunkowo łatwo rozkłada się pod wpływem kwasów na glukozę i fruktozę. Miód sztuczny
jest zestalony na skutek wykrystalizowania glukozy, której rozpuszczalność w wodzie jest ok.
2 razy niższa w porównaniu z sacharozą i 4- krotnie niższa niż fruktozy. W temperaturze
pokojowej w 100 g wody rozpuszcza się ok. 83 g glukozy, 200 g sacharozy, 355 g fruktozy.
W celu przeprowadzenia hydrolizy wodny roztwór sacharozy - 100 kg cukru i ok. 35 dm

wody,  zadaje  się  300-350  g  kwasu  solnego  25%  i  ogrzewa  w  temperaturze  80ºC  przez  2-3
godziny.  Następnie  roztwór  neutralizuje  się  i  ochładza.  W  czasie  chłodzenia  ulega
wykrystalizowaniu  glukoza,  ze  względu  na  swoją  mniejszą  rozpuszczalność.  W  celu
przyspieszenia krystalizacji roztwór zaszczepia się krystaliczną glukozą.

Hydroliza białek w produkcji koncentratów spożywczych.

Hydrolizie poddaje się białka np. kazeinę, gluten. Rozerwaniu ulęgają wiązania

peptydowe w łańcuchach polipeptydowych.
Ogólny schemat hydrolizy białek:

BIAŁKA →POLIPEPTYDY→ PEPTYDY→ DWUPEPTYDY→ AMINOKWASY.

Hydrolizę dwupeptydu można przedstawić następująco:

−CO·NH− R

·COOH + H

O→ NH

·R

COOH + NH

·COOH

Hydrolityczne rozerwanie wiązań peptydowych wymaga długotrwałego ogrzewania
i wysokiego stężenia kwasów, zwykle HCl lub H

Kwas siarkowy (VI) stosuje się

w stężeniu ok. 25%, kwas solny - ok. 13%. Wsad do hydrolizatora suchej kazeiny, wody
i 95% H

, może być we wzajemnym stosunku wagowym jak 1:1:1. Hydrolizę można

prowadzić  pod  ciśnieniem  normalnym,  przy  utrzymywaniu  mieszaniny  w  stanie  wrzenia
przez  kilkanaście  godzin,  lub  przy  zastosowaniu  ciśnienia  wyższego  0,2-0,3  MPa,  w  czasie
1,5  -  3  godzin.  W  takich  warunkach  rozerwaniu  ulega  ok.  75%  wiązań  peptydowych.
Hydrolizę  prowadzi  się  w  aparatach  kamionkowych  lub  żeliwnych,  powlekanych  emalią
kwasoodporną (rys. 6.).

Rys. 6. Hydrolizator [9, s.315]

1 – elektryczny napęd mieszadła, 2 – sprzęgło, 3 – kocioł, 4 – właz,

5 – płaszcz parowy, 6 – termometr, 7 - mieszadło

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Neutralizacja jest to proces chemiczny, w którym zobojętnia się kwasy lub zasady.

W przemyśle spożywczym jest ściśle związana z produkcją cukru skrobiowego, hydrolizatów
białkowych, rafinacją olejów roślinnych. W produkcji cukru skrobiowego i miodu sztucznego
hydrolizat kwasowy, np. z dodatkiem kwasu solnego jest zobojętniany węglanem sodu
(Na

). Powstający chlorek sodu (NaCl) w ilości 0,1-0,3% nie wpływa ujemnie na smak

syropu skrobiowego. Utrudnieniem może być wydzielający się w dużych ilościach CO

co powoduje pienienie się hydrolizatu i konieczność pozostawienia odpowiedniej ilości
wolnej przestrzeni na tworzącą się pianę.
Gdy hydrolizę prowadzi się z udziałem H

do zobojętniania stosuje się węglan wapnia

CaCO

. Powstający siarczan wapnia wytrąca się w postaci osadu łatwego do odfiltrowania.

+ CaCO

= CaSO

↓ + H

→ H

O + CO

↑

Przy  produkcji  hydrolizatów  białkowych  ważne  jest  zobojętnienie  do  odpowiedniego  pH.
Powinno ono wynosić od 5,5 do 5,8. Silniejsza neutralizacja (pH>5,8) może wpłynąć ujemnie
na  wartości  dietetyczne  produktu,  słabsza  (pH<5,5)  wywołuje  nieprzyjemny  kwaśny  smak
bulionów.  Podobnie  jak  przy  hydrolizie cukrów,  w  zależności  od  użytego  kwasu  stosuje  się
odpowiednio  sodę  -  gdy  do  hydrolizy  był  użyty  HCl  i  węglan  wapnia  -  gdy  H

W procesie rafinacji oleju surowego konieczne jest usunięcie obecnych w nim wolnych
kwasów tłuszczowych, łącznie z barwnikami i substancjami goryczkowymi. Olej neutralizuje
się przy udziale wodorotlenku sodu (NaOH) lub sody (Na

). Neutralizacja kwasów

tłuszczowych  prowadzi  do  powstawania  mydeł  (soapstock).  Mydła  te  osadzają  się  na  dnie
neutralizatora. Wodny roztwór tych mydeł pełni funkcję absorpcyjną, klarującą. Neutralizacja
olejów  musi  być  prowadzona  dokładnie,  a  dodatek  neutralizatorów  ściśle  obliczany
i odmierzany,  w  przeciwnym  razie  mogą  tworzyć  się  niepożądane  emulsje.  Neutralizację
prowadzi  się  w  neutralizatorach  (odkwaszaczach).  Mogą  to  być  otwarte  lub  zamknięte
cylindryczne pojemniki z dnem stożkowym, zaopatrzone w mieszadło, dolny płaszcz parowy,
odpowiednie przewody doprowadzające z zaworami oraz urządzenia kontrolno-pomiarowe.

Uwodornienie tłuszczów polega na wysyceniu wodorem podwójnych wiązań kwasów

tłuszczowych. Zabieg ten powoduje przemianę olejów płynnych w tłuszcze stałe. Dzięki tym
zabiegom  tłuszcze  te  lepiej  nadają  się  do  wyrobu  margaryny,  tłuszczów  do  smażenia
i piekarskich.  Uwodornienie  przeprowadza  się  w  autoklawach  (rys.7.)  w  temperaturze  ok.
180ºC w obecności katalizatorów. Katalizator niklowy miesza się z olejem ogrzanym
do  temperatury  150  -  170º  C  w  stosunku  ok.  0,3%  i  wprowadza  do  autoklawu,  gdzie  na
gorąco  miesza  się  z  wodorem  pod  ciśnieniem  kilkuset  kPa  (np.  0,3-0,4  MPa).  W  miarę
zużycia  wodoru  doprowadza  się  go  do  autoklawu.  Reakcje  uwodornienia  mają  charakter
egzotermiczny. Po zakończeniu procesu z tłuszczu usuwa się katalizator w prasie filtracyjnej
i regeneruje go. Uwodornienie ma jednak negatywne aspekty. Według zaleceń żywieniowców
lepsze  są  tłuszcze  zawierające  kwasy  wielonienasycone  niż  nasycone,  ponieważ  kwasy  te
odgrywają  istotna  rolę  w  przemianie  materii  i  muszą  być  dostarczone  w  niezmienionej
postaci,  ponieważ  organizm  ludzki  nie  ma  zdolności  ich  syntetyzowania.  Niekorzystnymi
zjawiskami  wynikającym  z  silnego  nagrzania  tłuszczu  mogą  być  zmiany  izomeryzacyjne
kwasów  tłuszczowych,  polegające  zarówno  na  zmianie  pozycji  podwójnych  wiązań
w cząsteczce,  jak  i  na  zmianie  stereoizometrycznej  typu  cis-trans.  Stereoizometria  kwasów
tłuszczowych  jest  zjawiskiem  niepożądanym,  ponieważ  naturalne  kwasy  tłuszczowe,  łatwo
metabolizowane,  są  to  kwasy  cis,  natomiast  trans  nie  są  przyswajalne  i  są  szkodliwe  dla
zdrowia.  Działają  prorodnikowo,  co  za  tym  idzie  promiażdżycowo,  nowotworowo.  Mimo
swego  roślinnego  pochodzenia,  podobnie  jak  kwasy  nasycone,  sprzyjają  rozwojowi  chorób
dietozależnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 7. Autoklaw do uwodornienia olejów [4, s.196]

1 – korpus autoklawu, 2- wał mieszadła, 3 – mieszadło turbinowe,

4 – barboter wodoru, 5 – wężownica grzejna, 6 – wężownica chłodząca

Przeestryfikowanie (transestryfikacja, reestryfikacja) tłuszczów

Przeestryfikowanie polega na wzajemnej wymianie grup acylowych w trójglicerydach.

Wymiana  grup  acylowych  może  występować  wewnątrz  poszczególnych  cząsteczek,  jako
przeestryfikowanie  wewnątrzcząsteczkowe.,  lub  między  różnymi  cząsteczkami,  jako
przeestryfikowanie  międzycząsteczkowe.  W  zależności  od  doboru  odpowiednich  warunków
przeestryfikowanie  może  przebiegać  w  jednej  fazie  ciekłej  lub  w  obecności  fazy  ciekłej
i stałej. Można też wyróżnić przeestryfikowanie kierowane, w celu podwyższenia temperatury
topnienia  tłuszczu,  i  niekierowane,  w  wyniku,  którego  otrzymuje  się  tłuszcz  o  niższej
temperaturze

topnienia.

Znalazło

ono

zastosowanie

produkcji

margaryny.

Przeestryfikowanie  umożliwia  otrzymanie  z  nasyconych,  twardych  tłuszczów  zwierzęcych
i płynnych  olejów  roślinnych  nowych  tłuszczów,  o  poprawionej  wartości  odżywczej  pod
względem  zawartości  NNKT  (niezbędnych  nienasyconych  kwasów  tłuszczowych)
i o korzystnych  cechach  organoleptycznych.  Oprócz  produkcji  margaryny  stosuje  się  je
również w produkcji masła kakaowego.

Chemiczne metody modyfikowania skrobi

Skrobia naturalna stosunkowo łatwo ulega depolimeryzacji, rozkładowi na składniki

prostsze,  głównie  na  skutek  hydrolizy.  Do  skrobi  modyfikowanej  należą  produkty,  które
uległy niezbyt dużym zmianom, w stosunku do surowca wyjściowego - skrobi naturalnej. Nie
zalicza się tu więc dekstryn, syropu skrobiowego, glukozy. W Polsce modyfikuje się głównie
skrobię  ziemniaczaną.  Modyfikację  skrobi  można  prowadzić  rożnymi  sposobami.  Jedną
z nich  jest  depolimeryzacja.  Depolimeryzację  przeprowadza  się  metodami  fizycznymi,
chemicznymi, biochemicznymi.

Metody chemiczne polegają na łagodnej hydrolizie kwasowej lub na działaniu na skrobię

związków utleniających, alkalicznych, i soli. Skrobia modyfikowana kwasowo charakteryzuje
się: lepszą rozpuszczalnością w wodzie w temperaturze poniżej temp. kleikowania, wyższym
ciśnieniem osmotycznym i wyższą temperaturą kleikowania, mniejszą lepkością gorących
kleików, mniejszym powinowactwem do jodu, obniżoną zdolnością do pęcznienia przy
kleikowaniu w gorącej wodzie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Reakcja podstawienia polega na przyłączaniu do skrobi grup o charakterze obojętnym,

kationowym  lub  anionowym.  Grupy  te  wiążą  się  wiązaniami  eterowymi  lub  estrowymi
z jednostkami  glukozy.  Spośród  estrów  skrobi  największe  zastosowanie  mają  skrobie
fosforanowe.  Charakteryzują  się  one  obniżoną  temperaturą  kleikowania,  dużą  lepkością
kleików,  podwyższoną  zdolnością  wchłaniania  wody  oraz  małą  retrogradacją,  czyli
zdolnością  do  ponownego  odzyskania  częściowej  struktury  krystalicznej.  Skrobie
fosforanowe  są  stosowane  w  przemyśle  spożywczym  w  produkcji  zup,  budyniów,  soków,
odżywek dla dzieci, deserów błyskawicznych, wyrobów cukierniczych.

Chemiczna modyfikacja laktozy

Modyfikacja laktozy polega głównie na jej uwodornieniu i na epimeryzacji laktozy,

czyli zmianie konfiguracji przy asymetrycznym atomie węgla.

W wyniku uwodornienia laktozy (dwucukier C

złożony z dwóch cukrów

prostych  glukozy  i  galaktozy)  prowadzonego  w  wysokiej  temperaturze,  pod  zwiększonym
ciśnieniem  i  przy  udziale  katalizatora  niklowego,  powstaje  alkohol  cukrowy  –  laktitol,
charakteryzujący się delikatnym słodkim smakiem. Alkohol ten ma zastosowanie w produkcji
słodzonych  wyrobów  owocowych,  cukierniczych,  odżywek  dla  diabetyków.  Laktitol
z kwasami  tłuszczowymi  tworzy  estry  mające  zastosowanie  w  produkcji  niskokalorycznych
zamienników tłuszczu.

Epimeryzacja laktozy zachodzi pod wpływem ogrzewania z kwasem lub ługiem.

Prowadzi to do przemiany laktozy w inny dwucukier laktulozę, złożoną z galaktozy
i fruktozy. Laktuloza jest wykorzystywana w cukiernictwie, piekarstwie, przy produkcji
mlecznych odżywek dla niemowląt ze względu na jej korzystne oddziaływanie w przewodzie
pokarmowym na rozwój właściwej mikroflory.

Chemiczna modyfikacja białek

Modyfikacja białek może być prowadzona metodami fizycznymi, chemicznymi

i biologicznymi (enzymatycznie). Dotyczy ona głównie białek roślinnych i ma na celu
zwiększenie ich wartości użytkowej, a przede wszystkim ich właściwości funkcjonalnych,
takich jak:
–

rozpuszczalność białka,

–

zwilżalność białka,

–

zdolność do adsorbowania wody, pęcznienia, rehydratacji,

–

zdolność do adsorbowania i emulgowania tłuszczu,

–

stabilizowanie emulsji,

–

tworzenie żelu, włókien, ciasta, błon, piany i jej stabilizacja,

–

właściwości buforowe.

Białka ze względu na swoje właściwości: dużą masę cząsteczkową, budowę oraz labilność są
materiałem  podatnym  na  modyfikację.  Spośród  reakcji  chemicznych  do  modyfikacji  białek
stosuje  się:  alkilowanie,  acylowanie,  glikozylację,  estryfikację.  Reakcje  modyfikacji
poprawiają  właściwości  białek,  jednak  mogą  również  wpływać  negatywnie,  obniżając  na
przykład ich strawność i wartość biologiczną.

W przetwórstwie mięsnym i rybnym wykorzystuje się kompleksowanie białek

z fosforanami  -  fosforylację.  Zwiększa  się  w  ten  sposób  wodochłonność  mięsa  i  umożliwia
ograniczenie  stosowania  soli  bez  pogorszenia  właściwości  organoleptycznych.  Z  drugiej
strony wprowadza  się  do organizmu  człowieka  zbyt dużo  fosforanów, co  jest szkodliwe dla
zdrowia ze względu na zachwianie równowagi wapniowo-fosforanowej. Tak więc określa się
maksymalną ilość fosforanów dopuszczalną w produkcie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie znasz procesy chemiczne stosowane w technologii żywności?
2.  W jakim celu prowadzi się hydrolizę sacharozy?
3.  Jak przebiega hydroliza skrobi a jak białek?
4.  Jakie produkty otrzymuje się w wyniku hydrolizy skrobi?
5.  Jakie związki stosuje się do neutralizacji hydrolizatów skrobiowych?
6.  Na czym polega utwardzanie tłuszczów?
7.  Które izomery tłuszczów nie są korzystne dla organizmu człowieka?
8.  Na czym polega depolimeryzacja skrobi?
9.  Gdzie znajdują zastosowanie skrobie modyfikowane?
10.  Na czym polega uwodornienie a na czym epimeryzacja laktozy?
11.  W jakim celu przeprowadza się modyfikację białek?
12.  Czy fosforylacja białek jest korzystna dla organizmu człowieka?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Porównaj hydrolizę i hydrolizaty: skrobiowe, sacharozy, białkowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat hydrolizy skrobi

ziemniaczanej, sacharozy, białek

2) przeanalizować podobieństwa i różnice między tymi procesami,
3) ocenić organoleptycznie hydrolizaty skrobiowe (np. syrop skrobiowy, glukoza

krystaliczna, miód sztuczny, przyprawa w płynie typu maggi),

4) ocenić organoleptycznie surowce do produkcji hydrolizatów (skrobia ziemniaczana,

sacharoza, kazeina, albumina mleczna, skwarki odtłuszczone),

5) dokonać analizy zmian zachodzących w surowcach pod wpływem procesu hydrolizy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów: glukoza krystaliczna, syrop skrobiowy, miód sztuczny, przyprawa
w płynie typu maggi,

−

schematy technologiczne hydrolizatów skrobiowych, miodu sztucznego, hydrolizatów
białkowych

−

katalogi stosowanych maszyn i urządzeń,

−

literatura [9].

Ćwiczenie 2

Dobierz sposób neutralizacji w produkcji hydrolizatów białkowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat neutralizacji w przemyśle

spożywczym,

2) określić czynniki wpływające na dobór sposobu neutralizacji,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3)  napisać równania zachodzących reakcji,
4)  dokonać analizy zmian zachodzących pod wpływem neutralizacji,
5)  określić punkty krytyczne podczas neutralizacji hydrolizatów białkowych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów: przyprawa w płynie typu maggi, buliony, kostki rosołowe,

−

schematy technologiczne hydrolizatów białkowych,

−

katalogi stosowanych maszyn i urządzeń,

−

literatura [9].

Ćwiczenie 3

Porównaj uwodornienie i transestryfikację tłuszczów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat uwodornienia

i transestryfikacji tłuszczów w przemyśle spożywczym,

2)  określić zastosowanie tłuszczów utwardzonych i przeestryfikowanych,
3)  napisać równania zachodzących reakcji,
4)  dokonać analizy zmian zachodzących w tłuszczach pod wpływem procesów utwardzania

i transestryfikacji,

5) określić wady i zalety stosowanych procesów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów zawierających tłuszcze utwardzone i przeestryfikowane,

−

schemat technologiczny uwodorniania olejów roślinnych,

−

katalogi stosowanych maszyn i urządzeń,

−

literatura [4].

Ćwiczenie 4

Porównaj modyfikację skrobi przez depolimeryzację i przez reakcje podstawienia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat sposobów modyfikacji

skrobi,

2)  dokonać analizy warunków depolimeryzacji skrobi i estryfikacji fosforanowej,
3)  określić zastosowanie skrobi modyfikowanych w przemyśle spożywczym,
4)  dokonać  analizy  zmian  zachodzących  w  skrobi  podczas  modyfikacji  metodą  hydrolizy

kwasowej i estryfikacji fosforanowej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów zawierających skrobie modyfikowane: budynie, zupy, odżywki dla
dzieci, desery błyskawiczne,

−

schematy technologiczne produktów zawierających skrobie modyfikowane,

−

katalogi stosowanych maszyn i urządzeń,

−

literatura [4].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 5

Określ wady i zalety chemicznej modyfikacji białek.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat chemicznej modyfikacji

białek,

2) dokonać analizy zmian zachodzących w białkach pod wpływem ich modyfikacji,
3) określić wady i zalety kompleksowania białek z fosforanami,

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów zawierających białka modyfikowane, np. wędzonki wysokowydajne,

−

schematy obrazujące przebieg modyfikowania białek,

−

prospekty reklamowe firm produkujących białka modyfikowane,

−

literatura [4].

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)  rozróżnić procesy chemiczne stosowane w przemyśle spożywczym?
2)  określić warunki hydrolizy skrobi ziemniaczanej?
3)  określić warunki hydrolizy sacharozy w produkcji miodu sztucznego?
4)  określić  warunki  hydrolizy  białek  w  produkcji  hydrolizatów

białkowych?

5) dobrać warunki neutralizacji w zależności od surowca i kwasu

zastosowanego do hydrolizy?

6)  określić wady i zalety uwodornienia tłuszczów?
7)  wyjaśnić celowość transestryfikacji tłuszczów?
8)  rozróżnić sposoby modyfikowania skrobi?
9)  określić zmiany zachodzące w białkach podczas ich modyfikacji?
10)  porównać  modyfikację  laktozy  poprzez  jej  uwodornienie

epimeryzację?

⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯
⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯
⁯
⁯
⁯

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Procesy biotechnologiczne i ich znaczenie w przetwórstwie

żywności

4.3.1. Materiał nauczania

Procesy biotechnologiczne i ich klasyfikacja

Procesy biotechnologiczne oznaczają zastosowanie systemów biologicznych do celów

produkcyjnych  i  usługowych.  Systemami  biologicznymi  mogą  być  żywe  organizmy,  ich
organa,  tkanki,  komórki,  części  komórek,  enzymy,  a  także  geny.  Procesy  biotechnologiczne
w przemyśle  spożywczym  obejmują  wszystkie  procesy,  które  wymagają  zastosowania
odpowiednich  enzymów  lub  drobnoustrojów  w  celu  wywołania  w  surowcach  odpowiednich
zmian. Do procesów tych zalicza się również namnażanie biomasy.
Procesy biotechnologiczne w przemyśle spożywczym to:
–

biosynteza masy komórkowej,

–

procesy fermentacyjne,

–

procesy enzymatyczne.
Do zalet procesów biotechnologicznych można zaliczyć duże możliwości wytwarzania,

przetwarzania  i  modyfikacji  żywności,  otrzymywania  atrakcyjnych  artykułów  spożywczych,
dodatków  funkcjonalnych,  możliwość  wykorzystywania  produktów  ubocznych  do  celów
spożywczych, dużą wydajność procesów, energooszczędność.
Procesy biotechnologiczne mają również wady, do których zalicza się: podatność drobnoustrojów
na mutacje i konieczność stosowania drobnoustrojów o ściśle określonych cechach użytkowych,
co  z  kolei  wymaga  zastosowania  czystych  kultur  oraz  wrażliwość  drobnoustrojów  na  czynniki
zewnętrzne, co wymaga zachowania aseptycznych warunków pracy.

Biosynteza masy komórkowej

Synteza biomasy ma na celu namnożenie masy drobnoustrojów, wykorzystywanych

następnie  do  różnych  celów.  Hodowla  drobnoustrojów  może  być  prowadzona  metodą
okresową  lub  ciągłą,  w  odpowiednich  dla  danych  drobnoustrojów  warunkach:  pH,
temperatury,  składu  podłoża,  stężenia  tlenu,  światła  .Urządzenia  stosowane  w  hodowli
drobnoustrojów nazywane są tankami fermentacyjnymi albo fermentorami (rys. 8.).

Rys. 8. Schemat ideowy podstawowego typu fermentora [4, s. 207]

1 - dopływ kwasu lub ługu do regulacji pH, 2 – dopływ pożywki, 3 – wał z napędem, 4 – środek odpieniający,

5 – odpowietrzenie, 6 – odbijak, 7 – mieszadło trójtarczowe, 8 – kubek pobierczy, 9 – dopływ wody chłodzącej,

10 – doprowadzenie sprężonego powietrza lub gazu, 11 – dyspergator powietrza, 12 – zawór do odpowietrzenia,

13 – płaszcz chłodzący, 14 – odpływ wody chłodzącej, 15 – analizator stężenia CO

, 16 – analizator zawartości

rozpuszczonego powietrza

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Drożdże otrzymuje się w postaci sprasowanej lub jako drożdże suszone. Drożdże prasowane,
tzw.  mokre,  zawierają  ok.  75%  wody.  Do  wyprodukowania  100  kg  drożdży  prasowanych
zużywa  się  przeciętnie  135  kg  melasy  o  średniej  zawartości  50%  sacharozy.  1/3  energii
rozłożonych cukrów zamieniana jest na energię cieplną.
Drożdże piekarskie, a także piwne i gorzelnicze należą do gatunku Saccharomyces cerevisiae.
Rozmnażają  się  przez  pączkowanie,  wytwarzają  zarodniki  i  mają  zastosowanie  w  przemyśle
piekarskim i fermentacyjnym.
Drożdże  spożywcze  i  paszowe  nie  wytwarzają  zarodników  i  należą  do  grupy  grzybów
niedoskonałych  Fungi  imperfecti.  Jako  surowiec  do  produkcji  drożdży  paszowych
wykorzystuje  się  małowartościowe  odpady  typu  wywar  z  gorzelni  przemysłowych,  ługi
pocelulozowe itp. Do produkcji drożdży spożywczych stosuje się melasę.

Produkcja biomasy bakteryjnej, pleśniowej i glonowej.

Produkcja biomasy mikrobiologicznej nie ma zbyt szerokiego zastosowania w przemyśle

spożywczym  i  paszowym.  Dopuszczenie  biomasy  drobnoustrojów  do  spożycia  lub  jako
paszy,  wymaga  uprzednio  bardzo  dokładnego  sprawdzenia  pod  względem  cech
organoleptycznych,  wartości  odżywczej  i  zdrowotności.  Drobnoustroje  mogą  bowiem
wytwarzać różne związki toksyczne.

Produkcja biomasy bakteryjnej ma niewątpliwie wiele zalet, jak np. bardzo szybki

przyrost  masy,  stosunkowo  duża  zawartość  białka  w  suchej  masie  komórkowej,  duża
zdolność  do  wykorzystywania  różnych  substratów  i  adaptowania  się  do  różnych  warunków
środowiskowych.  Jednakże  ma  również  wady,  które  ograniczają  jej  wykorzystanie:  małe
wymiary  komórek,  podatność  na  wyradzanie  się  i  działanie  bakteriofagów.  Większe
zastosowanie  jako  pasza  lub  pożywienie  może  mieć  grzybnia  pleśni.  Zawiera  również  duże
ilości  białka.  Może  być  otrzymywana  na  podłożach  płynnych,  np.  ściekach  przemysłu
owocowo-warzywnego.  Grzybnia  taka  zachowuje  przyjemny  smak  i  zapach,  zawiera  dużo
białka - ok.33%, i można ją szybko i łatwo namnożyć.

Biosynteza

masy

glonów

może

stanowić

potencjalne

źródło

żywności

niekonwencjonalnej. Glony mogą syntezować masę organiczną bogatą w białko, tłuszcze
i inne ważne składniki odżywcze, z wodnego podłoża, zwierającego sole mineralne
i dwutlenek węgla, przy wykorzystaniu energii światła słonecznego.

Fermentacja

Fermentacja oznacza proces metaboliczny beztlenowego zdobywania energii, polegający

na  odwodorowaniu  związków  organicznych.  Fermentacja  to  oddychanie  prowadzone  bez
udziału  tlenu  atmosferycznego,  prowadzone  przez  drobnoustroje  beztlenowe.  W  przemyśle
spożywczym  do  fermentacji  zalicza  się  również procesy z udziałem  tlenu,  w  których  jednak
utlenianie  nie  zachodzi  do  końca,  czyli  do  otrzymania  produktów  takich  jak  CO

i H

Fermentacje mogą być wykorzystywane do przetwarzania surowców spożywczych,
modyfikowania i utrwalania żywności, otrzymywania czystych składników odżywczych,
enzymów, alkoholi, kwasów organicznych, barwników spożywczych i innych.

W przetwarzaniu surowców, modyfikowaniu żywności i jej biologicznym utrwalaniu

wykorzystuje się drobnoustroje występujące w sposób naturalny (kiszenie kapusty, ogórków),
bądź dodaje się je w postaci szczepionek, zakwasów (produkcja wina, sera, chleba żytniego).
Proces technologiczny należy tak poprowadzić, aby stworzyć drobnoustrojom jak najlepsze
warunki do działania. Po zakończeniu drobnoustroje albo są oddzielane (wirowanie, filtracja),
albo pozostają w produkcie (kiszona kapusta, jogurty).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Fermentacja alkoholowa jest to beztlenowa przemiana cukrów prostych zachodząca

głównie w komórkach żywych drożdży gatunku Saccharomyces cerevisiae i niektórych pleśni
(Mucor), według równania:

= 2 C

OH + 2CO

+ 234,5 kJ

Fermentacja przebiega w kilkunastu etapach, przy udziale dużej liczby enzymów zwanych
zymazą Buchnera. Wszystkie zachodzące reakcje są nazwane schematem fermentacyjnym
Embden- Meyerhof- Parnasa.

Fermentacja alkoholowa jest stosowana w gorzelnictwie, winiarstwie, miodosytnictwie,

piwowarstwie.  Jest  również  wykorzystywana  w  piekarnictwie  (produkcja  ciasta  pszennego)
i mleczarstwie  (produkcja  kefiru).  W  fermentacji  alkoholowej  wymagane  jest  stosowanie
odpowiedniej  szczepionki  czystej  kultury  drożdży,  zwykle  z  gatunku  Saccharomyces
cerevisiae,  najlepiej  dostosowanej  do  fermentowanego  środowiska.  Optymalna  temperatura
fermentacji alkoholowej wynosi 25-30°C, jednakże np. w piwowarstwie stosuje się znacznie
niższe temperatury, co powoduje wydłużenie czasu fermentacji.

W gorzelnictwie, fermentacja alkoholowa, prowadząca do otrzymania czystego spirytusu,

jest prowadzona w temperaturze optymalnej. W metodzie okresowej trwa 2-3 doby. Powstaje
wówczas 7-12% objętościowych alkoholu.

W browarnictwie fermentacja brzeczki piwnej w temperaturze 5-10°C trwa 1-2 tygodnie

i umożliwia otrzymanie młodego piwa zawierającego 2,5 -5% objętościowych alkoholu. Piwo
to, aby nabrać odpowiednich cech organoleptycznych, musi być poddane dość długiemu
procesowi leżakowania.

W winiarstwie fermentacja jest podzielona na etapy fermentacji głównej (burzliwej), fazy

dofermentowania i fermentacji cichej (wtórnej). Trwa 1-2 miesiące.

W wyniku fermentacji alkoholowej oprócz alkoholu etylowego (C

OH), CO

i energii,

powstają  jeszcze  w  mniejszych  ilościach  produkty  uboczne  fermentacji  (kwas  octowy,
bursztynowy, aldehyd octowy, metanol, alkohole wyższe – fuzle). Przy produkcji spirytusu są
one  oddzielane  i  rozdzielane  podczas  rektyfikacji,  natomiast  przy  produkcji  wina,  piwa,
napojów  mlecznych  fermentowanych,  pozostają  w  roztworach,  nadając  im  określone  cechy
smakowo-zapachowe.

Fermentacja glicerolowa jest zmodyfikowaną fermentacją alkoholową. Zachodzi ona

w wyniku związania aldehydu octowego, powstającego w typowej fermentacji alkoholowej, za
pomocą dodanego do środowiska wodorosiarczanu (IV). W fermentacji glicerolowej cukier
prosty heksoza jest w połowie przetworzony na glicerol, w połowie na aldehyd octowy oraz CO

+ NaHSO

→ C

(OH)

+ CH

CHOH∙SO

Na + CO

Fermentacja kwasu mlekowego jest biochemiczną przemianą beztlenową cukru na

kwas mlekowy przy udziale bakterii kwasu mlekowego.
Wyróżnia się dwie grupy właściwych bakterii kwasu mlekowego:
homofermentatywne – Lactococcus, Lactobacillus, przekształcające glukozę w prawie czysty
kwas mlekowy:

→ 2 CH

CHOH∙COOH

heterofermentatywne – Leuconostoc, Betabacterium, wytwarzające z glukozy oprócz kwasu
mlekowego, produkty uboczne: a) etanol i dwutlenek węgla, b) kwas octowy, lub też c) kwas
octowy, dwutlenek węgla i mannitol:
a) C

→ CH

CHOH∙COOH + C

OH + CO

;

b) 2C

→ 2CH

CHOH∙COOH + 3CH

COOH ;

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

c) 3C

→ CH

CHOH∙COOH + CH

COOH + CO

+ 2C

(OH)

;

Fermentacja kwasu mlekowego jest stosowana do produkcji kwaśnych napojów z mleka

lub  serwatki,  przy  ukwaszaniu  śmietany,  przy  kiszeniu  kapusty,  ogórków,  przy  produkcji
ciasta  chlebowego  z  mąki  żytniej,  przy  silosowaniu  pasz  zielonych.  Obecnie  stosuje  się
fermentację  mlekową  w  nowoczesnej  technologii  mleczarstwa  przy  produkcji  zakwasów
maślarskich,  serowarskich,  jogurtów,  w  gorzelnictwie  rolniczym,  w  produkcji  kwasu
mlekowego.

Fermentacja jabłkowo –mlekowa jest to przemiana biochemiczna kwasu jabłkowego na

kwas mlekowy i dwutlenek węgla, prowadzona przez bakterie Bacterium gracile,
Micrococcus malolactius, Micrococcus acidovorax, Micrococcus varians. Przyczynia się ona
do zmniejszenia kwasowości wina i złagodzenia jego cech smakowych.

HOOC∙CHOH∙CH

∙COOH → CH

∙CHOH∙COOH + CO

Fermentacja octowa jest procesem biochemicznym, w którym z etanolu, przy udziale

bakterii octowych Acetobacter, wytwarza się kwas octowy. Utlenianie etanolu przebiega
dwuetapowo:
I. C

OH + H

O → CH

∙COOH + 2 H

- 29,29 kJ,

II. 2H

+ O

→ 2 H

+ 477,09 kJ,

Kwas octowy powstaje również w wielu innych reakcjach, np. przy fermentacji

alkoholowej, mlekowej, masłowej, ale głównie jako produkt uboczny, wytwarzany
w  niewielkich  ilościach.  We  właściwej  fermentacji  octowej  wykorzystuje  się  szybko
i intensywnie  kwaszące  gatunki  bakterii  octowych  Acetobacter  schutzenbachii,  Acetobacter
aceti, Acetobacter orleanense.
Wyróżnia się trzy metody produkcyjne kwasu octowego:
–

powierzchniową, w której bakterie rozwijają się w postaci kożuszka na powierzchni
wina, rozlanego do płaskich naczyń lub kadzi fermentacyjnych,

–

wiązaną, w której bakterie są związane materiałem nośnym, np. rozwijają się na wiórach
drewna bukowego, wypełniających wysokie kadzie octownicze i omywanych przez
cyrkulujący zacier,

–

wgłębną, w której fermentacja jest prowadzona w specjalnym fermentatorze, tzw.
acetatorze Fringsa (rys.10.). Rozmnażanie bakterii, dzięki wysokosprawnemu systemowi
napowietrzania zachodzi nie tylko na powierzchni, ale w całej masie zacieru.

Rys. 10. Acetator Fringsa [4, s.221]

1- aerator, 2 – dopływ powietrza,3 – dopływ zacieru octowniczego, 4 – odpływ zacieru przefermentowanego,

5 – odpływ powietrza pofermentacyjnego, 6 – układ sterujący

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ocet to 3,5-15,5% roztwór kwasu octowego.
Zacier octowniczy to wodny roztwór etanolu (6-12% obj.) z dodatkiem pożywki mineralnej
i ewentualnie organicznej.

Fermentacja propionowa polega na przemianie cukrów, mleczanów i innych związków

na kwas propionowy, octowy i dwutlenek węgla, przy udziale bakterii Propionibacterium.
3 CH

∙ CH∙ OH∙ COOH → 2 CH

∙ CH

∙ COOH + CH

COOH + CO

+ H

Bakterie propionowe wytwarzają kwas propionowy, witaminę B

, niektóre produkują też

enzymy  amylolityczne.  Propionian  wapnia  i  sodu  są  wykorzystywane  do  utrwalania
żywności. Fermentacja propionowa ma zastosowanie przy produkcji serów podpuszczkowych
dojrzewających.  Wydzielający  się  podczas  fermentacji  dwutlenek  węgla,  powoduje
powstawanie prawidłowych oczek w serach typu szwajcarskiego  i edamskiego. Zwiększa się
także zawartość witamin z grupy B, w tym witaminy B

w tych serach.

Fermentacja metanowa zachodzi w środowisku alkalicznym bez udziału tlenu.

Wywoływana  jest  przez  bakterie  Methanobacterium,  Methanosarcina,  Methanococcus.
Powodują  one  rozkład  kwasów  organicznych,  alkoholi  na  metan  i  tlen.  Mogą  również
fermentować dwutlenek węgla  i wodór. Fermentacja ta odgrywa ważną rolę w  biologicznym
oczyszczaniu  ścieków.  Powstający  metan  może  być  ze  względu  na  swoją  palność
wykorzystany jako źródło energii.

Fermentacja kwasu masłowego zachodzi w warunkach beztlenowych i polega na

przemianie cukrów pod wpływem bakterii masłowych z rodzaju Clostridium na kwas
masłowy. W przemyśle spożywczym fermentacja ta jest niekorzystna, może bowiem
powodować psucie się serów twardych dojrzewających (wzdęcia wtórne serów), niewłaściwą
fermentację kiszonek, psucie się konserw niedostatecznie sterylizowanych.

Fermentacja cytrynianowa jest stosowana do produkcji kwasu cytrynowego na skalę

przemysłową.  Prowadzą  ją  pleśnie,  głównie  Aspergillus  niger.  Substratem  jest  rozcieńczona
do  zawartości  ok.  15%  cukru  melasa,  oczyszczona  i  dokwaszona.  Stosuje  się  metodę
powierzchniową  na  tacach  lub  wgłębną  w  tankach  fermentacyjnych.  Kwas  cytrynowy  ma
szerokie  zastosowanie  w  technologii  żywności,  przy  produkcji  napojów  gazowanych,
marmolad,  dżemów,  majonezów,  proszków  do  pieczenia,  jako  synergent  i  przeciwutleniacz,
także w przemyśle farmaceutycznym.

Zastosowanie enzymów w przetwórstwie żywności

Enzymy inaczej biokatalizatory mają na celu przyspieszanie przebiegu reakcji

zachodzących w procesach technologicznych.
Stosowanie preparatów enzymatycznych w technologii żywności przynosi wiele korzyści:
–

powoduje przyspieszenie procesów technologicznych,

–

można otrzymać produkty o korzystnie zmienionych cechach jakościowych lub zupełnie
nowe,

–

można lepiej wykorzystać surowce tradycyjne, a także niespotykane dotąd w przemyśle
spożywczym.

Najczęściej wykorzystuje się następujące grupy enzymów: amylazy, enzymy pektynolityczne,
proteolityczne, lipolityczne.

Amylazy to enzymy katalizujące rozkład hydrolityczny skrobi i glikogenu.

Najważniejszymi są α-amylaza, β-amylaza i glukoamylaza. Enzymy te katalizują hydrolizę
wiązań 1→4-α-glikozydowych.Amylazy to typowe enzymy trawienne. Występują w ślinie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wydzielinie trzustki kręgowców, w roślinach i drobnoustrojach. Szczególnie dużo amylaz
występuje w zarodkach ziarna zbóż. Od dawna enzymy są wykorzystywane w postaci słodu -
skiełkowanego ziarna jęczmienia. Ostatnio, zamiast słodu stosuje się preparaty amylolityczne
pochodzenia pleśniowego, o wyższej aktywności od słodu, pozwalając w ten sposób na
szybsze, tańsze i dokładniejsze scukrzanie skrobi. Amylazy stosuje się:
–

w gorzelnictwie przy zacieraniu i scukrzaniu surowców skrobiowych,

–

w browarnictwie przy otrzymywaniu brzeczki,

–

w piekarstwie w celu ułatwienia fermentacji ciasta i przedłużenia świeżości pieczywa,

–

w przetwórstwie ziemniaczanym przy produkcji syropów skrobiowych i modyfikacji
skrobi,

–

w produkcji różnego typu odżywek.

Sacharaza to enzym hydrolizujący sacharozę do glukozy i fruktozy oraz rafinozę do

fruktozy i melibiozy. Może być stosowana do:
–

produkcji cukierniczej, przy przygotowaniu syropów cukru inwertowanego, używanego
do produkcji sztucznego miodu, cukierków, likieru,

–

usuwania sacharozy z żywności,

–

zapobiegania krystalizacji melasy,

–

produkcji mrożonych deserów.

Laktaza to enzym hydrolizujący laktozę do D-glukozy i D-galaktozy. Stosuje się ją w:

–

przemyśle mleczarskim, zapobiega krystalizacji laktozy w mleku słodzonym
zagęszczonym,

–

przemyśle fermentacyjnym, pozwala na modyfikację procesów fermentacji laktozy
i lepsze wykorzystanie serwatki

–

produkcji odżywek dla niemowląt.

Enzymy pektynolityczne katalizują rozkład pektyn. Można wyróżnić trzy grupy

enzymów rozkładających pektyny (wielocukrowce kwaśne, o różnym stopniu zestryfikowania
metanolem, złożone z łańcuchów kwasu poligalakturonowego):
–

pektynoesteraza – enzym odszczepiający grupę metoksylową,

–

poligalakturonaza – enzym powodujący hydrolityczny rozkład wiązań w kwasie
poligalakturonowym, wewnątrz łańcucha, lub na jego końcach,

–

pektynoliazy – enzymy powodujące rozpad wiązań glikozydowych bez udziału wody.

Enzymy pektynolityczne mają głównie zastosowanie przy otrzymywaniu moszczów,
klarowaniu soków i win.

Enzymy proteolityczne katalizują hydrolityczny rozpad wiązań peptydowych

w białkach. Należą do nich: aminopeptydazy, karboksypeptydazy, dipepytydazy, proteinazy.
Mogą być wykorzystywane w:
–

przemyśle mięsnym, dla polepszenia kruchości mięsa,

–

przemyśle rybnym, w celu przyspieszenia dojrzewania solonych i marynowanych śledzi,
obniżenia lepkości i zapobieżenia żelowaniu skoncentrowanych rozpuszczalnych
produktów rybnych,

–

przemyśle piekarskim dla zwiększenia plastyczności ciasta chlebowego i jednoczesnej
poprawie tekstury i smakowitości,

–

przemyśle mleczarskim przy produkcji serów (renina, chymozyna, podpuszczka), dla
otrzymania skrzepu, poprawienia smarowności i smakowitości,

–

piwowarstwie dla zapobiegania mętnieniu piwa w trakcie ochładzania,

–

w produkcji autolizatów drożdżowych, modyfikacji białek,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

produkcji żelatyny dla skrócenia czasu krzepnięcia beż obniżenia siły krzepnięcia,

–

polepszenia rozpuszczalności żywności sproszkowanej.

Lipazy to enzymy hydrolizujące tłuszcze i estry kwasów tłuszczowych. Lipazy

rozkładające  tłuszcze  właściwe  są  typowymi  enzymami  trawiennymi.  Występują w trzustce,
ścianach  jelita,  soku  żołądkowym,  także  w  bogatych  w  tłuszcz  nasionach  roślin  oleistych.
Działalność  lipaz  w  przemyśle  spożywczym  generalnie  jest  szkodliwa,  ze  względu  na
hydrolizę  tłuszczów  masła,  śmietany,  margaryny,  smalcu,  majonezu.  Z  drugiej  strony
hydroliza  tłuszczów  w  serach  dojrzewających,  zwłaszcza  pleśniowych  przyczynia  się  do
wytworzenia  w  nich  odpowiedniego  smaku  i  zapachu.  Preparaty  enzymów  lipolitycznych
mogą być stosowane do:
–

poprawienia właściwości pianotwórczych albuminy jaj,

–

modyfikowania tłuszczu,

–

otrzymywania wolnych kwasów tłuszczowych z tłuszczu maślanego.

Pozostałe enzymy stosowane w technologii przetwórstwa żywności.

Oksydaza  glukozowa  katalizuje  utlenianie  glukozy  do  kwasu  glukonowego.  Może  mieć
zastosowanie w celu zwiększenia trwałości produktów wrażliwych na reakcje Maillarda i tlen
atmosferyczny – produkty jajczarskie, butelkowane piwo, napoje bezalkoholowe.
Katalaza  –  katalizuje  rozkład  nadtlenku  wodoru,  stosowana  jest  razem  z  oksydazą  jako
przeciwutleniacz niektórych produktów suszonych pakowanych hermetycznie.
Reduktaza diacetylu - katalizuje rozkład diacetylu do bezwonnej acetoiny – polepsza zapach
piwa.
Limonaza oraz naringinaza polepszają smak soków pomarańczowego i grejpfrutowego, przez
rozkład gorzkich składników tych soków.
Stachionaza  –  hydrolizuje  stachiozę  i  rafinozę  do  cukrów  prostych,  dzięki  czemu  redukuje
wzdęcia wywoływane spożyciem produktów z roślin strączkowych.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie procesy jednostkowe zaliczamy do procesów biotechnologicznych?
2.  Jakie są wady i zalety procesów biotechnologicznych?
3.  Gdzie ma zastosowanie synteza biomasy?
4.  Jak przebiega produkcja drożdży?
5.  Jakie czynniki ograniczają wykorzystanie biomasy bakteryjnej?
6.  Co to jest fermentacja?
7.  Jakie fermentacje wykorzystuje się najczęściej w technologii żywności?
8.  Czym różni się fermentacja alkoholowa w gorzelnictwie, winiarstwie i browarnictwie?
9.  Gdzie stosuje się fermentację alkoholową?
10.  Czym  rożni  się  fermentacja  mlekowa  prowadzona  przez  bakterie  homofermentatywne

i heterofermentatywne?

11.  W jaki sposób produkuje się kwas octowy?
12.  Które fermentacje są niepożądane w przemyśle spożywczym?
13.  W której fermentacji wytwarza się witaminę B

14.  Jakie korzyści daje zastosowanie enzymów w technologii żywności?
15.  Gdzie stosuje się amylazy?
16.  Do czego stosuje się: sacharazę, laktazę, enzymy pektynolityczne?
17.  Jaki jest cel stosowania enzymów proteolitycznych ?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyjaśnij schemat produkcji drożdży.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat produkcji drożdży,
2)  wyszukać w materiałach dydaktycznych schemat produkcji drożdży,
3)  wyszukać w katalogach i prospektach firm urządzenia stosowane do produkcji drożdży,
4)  ocenić przydatność poszczególnych maszyn i urządzeń w zależności od skali produkcji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów: drożdże prasowane, suszone, winiarskie

−

schematy technologiczne produkcji drożdży,

−

katalogi stosowanych maszyn i urządzeń,

−

prospekty reklamowe firm produkujących drożdże i maszyny dla drożdżownictwa

−

literatura [4].

Ćwiczenie 2

Wyjaśnij przebieg produkcji enzymów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat produkcji enzymów,
2)  wyszukać w materiałach dydaktycznych schemat produkcji enzymów,
3)  wyszukać w katalogach i prospektach firm urządzenia stosowane do produkcji biomasy,
4)  ocenić przydatność poszczególnych maszyn i urządzeń w zależności od metody produkcji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

plansze przedstawiające proces produkcji biomasy komórkowej,

−

prospekty reklamowe firm produkujących enzymy, biomasę

−

katalogi reklamowe firm produkujących urządzenia i aparaty do hodowli biomasy,
produkcji enzymów,

−

literatura [4].

Ćwiczenie 3

Porównaj fermentację alkoholową i mlekową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat fermentacji alkoholowej

i mlekowej,

2) wyszukać w materiałach dydaktycznych schemat fermentacji alkoholowej i mlekowej,

3) ocenić zastosowanie i warunki niezbędne dla prawidłowego przebiegu fermentacji

alkoholowej i mlekowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki produktów: kapusta kiszona, ogórki kiszone, kefir, jogurt, chleb żytni, chleb
pszenny,

−

schematy produkcji z zastosowaniem fermentacji alkoholowej i mlekowej,

−

plansze przedstawiające przebieg ideowy fermentacji,

−

katalogi reklamowe firm produkujących urządzenia i aparaty do prowadzenia
fermentacji,

−

literatura [4].

Ćwiczenie 4

Porównaj zastosowanie enzymów amylolitycznych i proteolitycznych w technologii

przetwórstwa spożywczego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat działania i zastosowania

w technologii żywności amylaz i enzymów proteolitycznych,

2) rozróżnić enzymy amylolityczne oraz określić celowość ich stosowania,
3) rozróżnić enzymy proteolityczne oraz określić celowość ich stosowania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

plansze przedstawiające przebieg produkcji enzymów,

−

schematy technologiczne z zastosowaniem obróbki enzymatycznej,

−

katalogi reklamowe firm produkujących urządzenia i aparaty do produkcji enzymów,

−

literatura [4].

Ćwiczenie 5

Dobierz enzymy do produkcji piwa, serów twardych, soków owocowych, pieczywa

pszennego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat działania i zastosowania

enzymów w technologii żywności,

2) wyszukać schematy technologiczne piwa, serów twardych, soków owocowych, pieczywa

pszennego,

3)  ocenić celowość i rodzaj enzymów stosowanych w poszczególnych procesach,
4)  wypisać enzymy charakterystyczne dla danego procesu i produktu,
5)  uzasadnić swój wybór.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

plansze przedstawiające przebieg produkcji enzymów,

−

schematy technologiczne produkcji pieczywa, piwa, soków owocowych, serów
podpuszczkowych,

−

katalogi reklamowe firm produkujących stosowane urządzenia i aparaty,

−

literatura [4].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozróżnić procesy biotechnologiczne stosowane w technologii

żywności?

2) ocenić wady i zalety produkcji biomasy?
3) wyjaśnić różnice w działaniu drożdży przy intensywnym dostępie

tlenu i przy jego braku?

4)  określić zastosowanie i przebieg fermentacji alkoholowej?
5)  wskazać fermentacje korzystne i niepożądane w technologii żywności?
6)  rozróżnić bakterie mlekowe?
7)  porównać metodę powierzchniową, wiązaną i wgłębną produkcji octu?
8)  rozróżnić enzymy stosowane w technologii żywności?
9)  wyjaśnić działanie amylaz?
10)  określić zastosowanie enzymów pektynolitycznych?
11)  wyjaśnić działanie reniny?
12)  dobrać enzymy do produkcji?

⁯
⁯

⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯

⁯
⁯

⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯
⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem pytań testowych.
4.  Test  zawiera  20  zadań  dotyczących  procesów  jednostkowych,  o  różnym  stopniu

trudności: z poziomu podstawowego i poziomu ponadpodstawego. Są to pytania
wielokrotnego wyboru.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie poprzez zaznaczenie prawidłowej

odpowiedzi - X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zakreślić prawidłową).

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. Kłopotów mogą przysporzyć Ci
pytania: 15-20, gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe.

8. Na rozwiązanie testu masz 45 min.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Podpuszczkę stosuje się do produkcji:

a)  piwa.
b)  masła.
c)  serów.
d)  pieczywa żytniego.

2. Kapusta kiszona swój smak zawdzięcza:

a)  fermentacji mlekowej.
b)  fermentacji octowej.
c)  fermentacji alkoholowej.
d)  fermentacji masłowej.

3. Melasa może być wykorzystana do produkcji:

a)  kwasu cytrynowego i pektyny.
b)  kwasu cytrynowego i drożdży.
c)  drożdży i pektyny.
d)  kwasu cytrynowego i octu.

4. W produkcji margaryny wykorzystuje się następujący proces:

a)  krystalizację.
b)  sorpcję.
c)  żelifikację.
d)  aglomerowanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Krystalizacja sacharozy w produkcji cukru jest przykładem krystalizacji składnika:

a) oddzielanego z roztworu, przez oziębienie roztworu o stężeniu wyższym niż

mieszaniny eutektycznej.

b) oddzielanego z roztworu, przez odparowanie wody.
c) nie oddzielanego z roztworu, przez oziębienie roztworu o stężeniu wyższym niż

mieszaniny eutektycznej.

d) nie oddzielanego z roztworu, przez odparowanie wody.

6. W produkcji napojów gazowanych alkoholowych i bezalkoholowych wykorzystuje się

wysycanie dwutlenkiem węgla, czyli:
a)  adsorpcję.
b)  absorpcję.
c)  desorpcję.
d)  destylację.

7. Podczas fermentacji alkoholowej, następuje rozkład cukrów do alkoholu etylowego

i dwutlenku węgla, z wydzieleniem energii. Właściwy przebieg reakcji to:
a) C

→2 C

OH + 2CO

+ 234,5 kJ.

b) C

→ C

OH + CO

+ 234,5 kJ.

c) C

→2 C

OH + 2CO

d) 2C

→2 C

OH + 2CO

8. Podczas fermentacji mlekowej prowadzonej przez bakterie homofermentatywne

powstaje:
a)  kwas mlekowy i dwutlenek węgla.
b)  kwas mlekowy i niewielkie ilości octowego.
c)  kwas mlekowy.
d)  laktoza.

9. Schemat rozkładu skrobi wygląda następująco:

a)  skrobia → dekstryny → maltoza → maltodekstryny →glukoza.
b)  skrobia → maltoza →dekstryny → maltodekstryny →glukoza.
c)  skrobia → maltodekstryny →dekstryny → maltoza → glukoza.
d)  skrobia → dekstryny → maltodekstryny → maltoza → glukoza.

10. Jeśli do hydrolizy cukru skrobiowego został użyty kwas solny, wówczas do neutralizacji

stosuje się :

a) NaCl.
b) CaSO

c) CaCO

d) Na

11. Wysycenie wodorem podwójnych wiązań kwasów tłuszczowych następuje w wyniku :

a)  krystalizacji.
b)  emulgowania.
c)  uwodornienia.
d)  transestryfikacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12. Margaryna jest przykładem emulsji:

a)  naturalnej typu w/o.
b)  naturalnej typu o/w.
c)  sztucznej typu w/o.
d)  sztucznej typu o/w.

13. Możliwość zatrucia szkodliwymi oparami gazu występuje podczas:

a)  saturacji w przemyśle cukrowniczym.
b)  sulfitacji w przemyśle owocowo –warzywnym.
c)  aglomerowania dekstryn.
d)  neutralizacji hydrolizatów białkowych.

14. Amylazy to enzymy, które mają zastosowanie w:

a)  produkcji gorzelniczej – scukrzanie skrobi.
b)  produkcji serów twarogowych.
c)  przemyśle mięsnym – poprawa kruchości mięsa.
d)  produkcji serów podpuszczkowych.

15. Spośród przedstawionych procesów fermentacji alkoholowej najdłużej trwa:

a)  fermentacja piwa.
b)  fermentacja wina.
c)  fermentacja ciasta chlebowego.
d)  fermentacja gorzelnicza.

16. Na przedstawionym schemacie [4, s.171] krystalizacja może przebiegać samorzutnie

w obszarze:

a)  poniżej krzywej A.
b)  powyżej krzywej B.
c)  pomiędzy krzywą A i B.
d)  wzdłuż krzywej A.

17. W przemyśle spożywczym, przy produkcji zup i deserów błyskawicznych, wzrasta

wykorzystanie :

a)  modyfikowanej laktozy.
b)  modyfikowanych białek.
c)  modyfikowanych tłuszczów.
d)  modyfikowanej skrobi.

18. Pleśnie Aspergillus niger prowadzą:

a)  fermentację jabłkowo-mlekową.
b)  fermentację glicerolowi.
c)  fermentację propionową.
d)  fermentację cytrynianową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………..

Prowadzenie procesów jednostkowych w technologii przetwarzania
żywności

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Razem: