otż VIII - całość.doc

1.        Temperatura jako parametr technologiczny wpływający na jakość i bezpieczeństwo żywności

Zamrażanie jest metodą utrwalania dzięki której żywność może być najdłużej przechowywana w stanie możliwie najmniej zmienionym. Polega na obniżeniu temperatury co najmniej do -18°. Produkty zamrożone prawidłowo przechowywane są trwałe pod względem mikrobiologicznym. W przypadku wielu produktów spożywczych zamrażanie umożliwia zachowanie w znacznym stopniu naturalnych cech organoleptycznych i wartości odżywczej produktu. Wadą niektórych produktów mrożonych jest zmiana struktury i konsystencji. Znaczną poprawę cech jakościowych uzyskano przez stosowanie szybkich metod zamrażania.

Jakość i trwałość mrożonej żywności zależy od:

·          jakości mikrobiologicznej surowca

·          technologii i higieny produkcji

·          temperatury i czasu zamrażania

·          składu chemicznego, pH

·          stanu mikrobiologicznego produktu

·          temperatury i czasu składowania

·          temperatury i czasu rozmrażania

Bezpieczeństwo

Wraz z obniżaniem temperatury maleje szybkość procesów przemiany materii, w temperaturach chłodniczych (10°-0°) czynności życiowe drobnoustrojów ulegają znacznemu spowolnieniu, a w temperaturach zamrażalniczych – zahamowaniu. Jednak proces mrożenia nie może być uważany za metodę inaktywacji drobnoustrojów. Chłodzenie ze względu na możliwość rozwoju drobnoustrojów chorobotwórczych i psychrotrofowych oraz zachowaną aktywność enzymów tkankowych nie przedłuża trwałości żywności w takim stopniu jak inne metody utrwalania, w tym mrożenie lub działanie wysokich temperatur.

Podstawowym założeniem utrwalania żywności wysokimi temperaturami jest osiągnięcie stabilności mikrobiologicznej. Rezultat termicznego niszczenia drobnoustrojów chorobotwórczych i ich toksyn oraz inaktywacji enzymów, powodujących psucie żywności zależy przede wszystkim od temperatury i czasu ogrzewania. Niedostateczne ogrzanie może powodować podatność na zepsucie a zbytnie ogrzanie zmniejsza wartość organoleptyczną i odżywczą gotowego wyrobu. W odróżnieniu od produktów utrwalanych przez mrożenie, właściwości żywności utrwalanej w wysokich temperaturach dosyć znacznie odbiegają od surowców wyjściowych. Podstawowymi procesami utrwalania w wysokich temperaturach jest pasteryzacja i sterylizacja. Warunki procesu dobiera się w zależności od fizycznych i chemicznych właściwości produktu(aktywność wody, pH, konsystencja) oraz właściwej dla produktu mikroflory krytycznej. Pasteryzację stosuję się dla produktów: wrażliwych na działanie wysokich temperatur (mleko,wino,piwo), nie zawierających ciepłoopornej mikroflory, której niskie pH(poniżej 4,6) wyklucza rozwój przetrwalników bakterii Clostridium botulinum. Sterylizacja jest prowadzona dla większości produktów o pH powyżej 4,6 i powoduje zniszczenie wszystkich drobnoustrojów łącznie z ich formami przetrwalnikującymi.

Podwyższenie temperatury wyjaławiania przyspiesza procesy niszczenia drobnoustrojów bardziej niż procesy degradacyjne składników żywności – ta zależność została wykorzystana w nowych metodach utrwalania HTST- High temperature, Short time. Umożliwia to zachowanie lepszych cech organoleptycznych produktu.

Jakość sensoryczna żywności utrwalanej warunkowana jest zmianami: barwy, właściwości smakowo-zapachowych, konsystencji i struktury. Zmiany jakościowe następujące w czasie zamrażania i przechowywania można podzielić na:

·          zmiany chemiczne (utlenianie, hydroliza tłuszczów, zmiany aromatu, barwy i zawartości witamin)

·          zmiany biochemiczne związane z działalnością enzymów własnych i pochodzenia mikrobiologicznego

·          zmiany fizyczne jak ususzka, oparzelina mrozowa, rekrystalizacja, wyciek zamrażalniczy.

Zmiany barwy jak np. brunatnienie mięsa (przemiana mioglobiny w metmioglobinę) są spowodowane przemianami barwników, inne to przemiana chlorofilu w feofitynę lub feoforbid w warzywach zielonych, a w owocach czerwonych przemiany antocyjanów. Wśród zmian fizycznych najpowszechniejszą wadą procesu zamrażania jest ususzka – odparowanie wody z powierzchni produktu poprzez sublimację lodu. W przypadku daleko posuniętej ususzki występuje oparzelina mrozowa. Charakteryzuje się ona nadmiernym wysuszeniem powierzchni produktu, doprowadzającym do nieodwracalnych zmian jakościowych w postaci plam. Poza zmianą barwy powoduje zmiany smaku, zapachu i konsystencji. Doprowadza ona do znacznej denaturacji białek i jełczenia tłuszczów. Wyciek zamrażalniczy spowodowany jest niszczeniem struktury tkankowej przez kryształki lodu. Może do niego dochodzić przez niewłaściwy dobór metody zamrażania lub przez niewłaściwe przechowywanie (rekrystalizacja).

Podczas mrożenia może dochodzić do denaturacji białek i utleniania tłuszczów. Zamrażanie i rozmrażanie przyczynia się do niszczenia otoczki wodnej przez powstające kryształki lodu oraz koagulację białek związaną z powstaniem stężonych roztworów soli w produkcie zamrożonym. W wyniku tego koloidy białek czy skrobi łączą się w większe agregaty słabo wiążące wodę i oddzielające się od pozostałych składników cieczy. Obserwuję się je w postaci osadu. Mogą nastąpić także takie zmiany jak: ubytki wagowe, utrata aromatu, obniżenie elastyczności.

W przypadku potraw utrwalanych w wysokich temperaturach zjawisko łączenia się skrobi i białka w większe, słabo wiążące wodę agregaty oraz ich wypadanie z roztworu występuje z mniejszą intensywnością niż w potrawach mrożonych. Przyczyną powodującą wydzielanie się tłuszczu w emulgowanych potrawach jest proces niszczenia emulsji w czasie ich ogrzewania lub zamrażania przez powstające kryształki lodu. Jedną z przyczyn powodującą niekorzystne zmiany konsystencji potraw oprócz oddzielenia fazy tłuszczowej jest retrogradacja skrobi (zmiana struktury skrobi w uporządkowaną).

wartość odżywcza

Ogólnie uważa się, że utrwalanie zamrażalnicze w znacznie mniejszym stopniu zmniejsza wartość odżywczą produktów niż metody cieplne.

W żywności mrożonej mogą wstępować znaczne straty witamin spowodowane obróbką wstępną przez wyługowanie składników wodą, procesy utleniania i zniszczenie pod wpływem ogrzewania (blanszowanie). Szczególnie nietrwała jest witamina C. Dla produktów ogrzewanych substancją wskaźnikową jest witamina B1, uważana za reprezentatywną dla zachowania wartości odżywczej i sensorycznej. Przemiany witaminy C mają charakter procesów enzymatycznych i przebiegają intensywniej w środowisku o większym pH. W procesie prawidłowo prowadzonego zamrażania i przechowywania zamrażalniczego praktycznie nie występują straty Wit C.

Podczas przechowywania potraw mrożonych występuje zmniejszenie zawartości i przyswajalności niektórych aminokwasów egzogennych, podobnie jak ma to miejsce przy stosowaniu wysokich temperatur. Zastosowanie technik szybkiego zamrażania ogranicza straty wartości odżywczej.

Nawet łagodne, kilkuminutowe ogrzewanie, szczególnie w środowisku niekwaśnym powoduje wyraźne zmniejszenie zawartości witaminy C, B1, B12. Na ogrzewanie mało odporne są białka (albuminy i globuliny) oraz aminokwasy. Silniejsze ogrzewanie powoduje nieodwracalną denaturację i przyczynia się do powstania reakcji Maillarda (między aminokwasami a cukrami redukującymi), przez co zmniejsza się wartość biologiczna produktu. Jednak umiarkowana denaturacja może ułatwiać procesy trawienia białek. W wyniku ogrzewania mogą być także inaktywowane czynniki antyodżywcze (inhibitory trypsyny w nasionach soi) co zwiększa wartość odżywczą produktu.

2.        pH jako parametr technologiczny wpływający na jakość i bezpieczeństwo żywności.

Proces mikrobiologicznego zepsucia żywności jest m. in. silnie uwarunkowany odczynem pH danego produktu. 

Obok temperatury, stężenie jonów wodorowych środowiska, wyrażone wartością pH, należy do najważniejszych czynników warunkujących rozwój drobnoustrojów w żywności (oprócz nich potencjał oksydoredukcyjny i aktywność wody).

Każdy drobnoustrój jest zdolny do wykonywania swoich funkcji życiowych tylko w określonym zakresie pH środowiska. Przedział pH, w którym dany drobnoustrój może się rozwijać wyznaczają wartości minimalna i maksymalna, natomiast wartość pH, przy której szybkość wzrostu jest najwyższa nazywamy optymalną. Zakres pH i wartość pH optymalnego dla wzrostu drobnoustrojów są zróżnicowane.

Większość drobnoustrojów najlepiej rośnie w środowisku o pH bliskim obojętnemu (6,5 – 7,5), są to tzw. neutrofile. Drobnoustroje, których optymalny wzrost obserwujemy przy niskim pH (2-5) to acidofile (kwasolubne), a najlepiej rosnące w pH zasadowym (opt. 8-11) zaliczamy do alkalofili.

§          Neutrofile – większość bakterii;

§          Acidofile – bakterie fermentacji mlekowej, bakterie octowe, (bakterie siarkowe, np. Thiobacillus thiooxidans – ekstremalnie niskie pH, wzrost nawet przy pH<0,5); liczne drożdże i grzyby strzępkowe (Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium);

§          Alkalofile – bakterie nitryfikujące: Nitrosomonas, Nitrobacter.

Znajomość granicznych wartości pH, przy których może następować wzrost poszczególnych grup fizjologicznych drobnoustrojów lub wytwarzanie przez nie związków toksycznych jest niezmiernie ważna w zabezpieczaniu żywności przed działalnością niepożądanej mikroflory.

Na ogół na określonym surowcu (materiale) rozwija się określona flora bakteryjna, stosownie do składników żywnościowych, zawartości wody, pH, temperatury, dostępu tlenu itp.

W zależności od pH, dzieli się żywność na trzy grupy (podano wraz typową florą szkodliwą):

Wartość pH produktów będzie miała wpływ na dobór metody utrwalania:

Żywność mało kwaśna do termicznego utrwalenia wymaga ogrzewania w temperaturze powyżej 100°C, natomiast w przypadku żywności mało kwaśnej ten sam efekt można uzyskać przez ogrzewanie w temperaturach nie przekraczających 100°C. Niektóre rodzaje bardzo kwaśnej żywności do utrwalenia nie wymagają wcale lub też wymagają bardzo delikatnego ogrzewania głównie ze względu na obecność drożdży, pleśni czy enzymów powodujących ich psucie. Bakterie tworzące spory nie rosną przy pH niższym niż 3,7.

3.        Znaczenie lepkości dla przebiegu operacji i procesów jednostkowych stosowanych w przetwórstwie spożywczym.

Lepkość – można scharakteryzować jako miarę oddziaływania między cząsteczkami będącymi w ruchu.

Rozróżniamy dwie kategorie płynów

- płyny niutonowskie

-płyny nieniutonowskie

Ciecze których krzywe płynięcia są liniami prostymi, wychodzącymi z początku układu, noszą nazwę niutonowskich. Właściwości cieczy niutonowskich wykazują klarowne soki owocowe i ich koncentraty, oleje, syropy.

Większość surowców, półproduktów i gotowych wyrobów przemysłu spożywczego ma krzywe płynięcia krzywoliniowe, które w wielu przypadkach nie przechodzą przez początek układu współrzędnych. Takie ciecze noszą nazwę nieniutonowskich.

Do cieczy nieniutonowskich należą ciecze reologicznie stabilne charakteryzują się płynięciem nie zależnym od czasu działania sily ścinania, są to ciecze:

- plastyczne Binghama

- plastyczne nie-Binghama

- pseudoplastyczne

- dylatacyjne

Pozostałe ciecze to reologicznie niestabilne ich lepkość pozorna zależy zarówno od gradientu prędkości, jak i od czasu ścinania.

Charakter cieczy plastycznej ma ketchup, niektóre sosy, polewy cukiernicze.

Ciecze pseudoplastyczne (rozrzedzanej ścinaniem) – emulsje, zawiesiny, piany

Ciecze dylatacyjne ( zagęszczane ścinaniem) – rzadko spotykane

Znaczna liczba cieczy wykazuje właściwości pośrednie między cieczą plastyczną a cieczą pseudoplastyczną  - pasty, przeciery, marmolada.

4.        Kinetyczna interpretacja procesów utrwalania konserw pasteryzowanych i sterylizowanych.

Kinetyczna interpretacja inaktywacji cieplnej w technologii konserw.

Inaktywacja cieplna(drobnoustrojów, toksyn, enzymów, składników odżywczych i zmian cech jakościowych)→opis równaniami reakcji 1º.Ogrzewanie przez czas τ →zmniejsza ilość składnika o x.

N = No-x                                          No-początkowa ilość drobnoustrojów, toksyn…

Wielkośc x = f(τ;V) a:

                                      V= −      (*)

Po scałkowaniu(*)    N = No exp(−kτ)

Wyliczmy czas τ potrzebny na zmniejszenie ilości składnika  od No do N

                                    τ = − lnN)

                               τ =logNo −logN)

niech     → czas dziesiętnej redukcji(oporność cieplna):czas po którym ilość składnika ulega zmniejszeniu o 90% wartości początkowej (czyli 10-krotnie się zmniejsza).

Wtedy:τ =D (logNo − logN)

Dalej: :τ =DlogNo − DlogN

                             DlogN = DlogN− τ /:D

                             logN = logNo−

                              Y = B+Ax       → równanie przeżywania, krzywa przeżywania (survivor

              curve)

Dczas przejścia krzywej przeżywania przez jeden cykl logarytmiczny. Znając D
z równania przeżywania można wyliczyć końcową ilość składnika (N) po czasie τ.

                           N = No∙ 10

                            10   → wskaźnik przeżycia drobnoustrojów

                                                             (wskaźnik retencji składnika)

Temperaturowa zależność  szybkości inaktywacji.

W termobakteriologii przyjmuje się empiryczną(doświadczalną) zależność D od temperatury.

                             logD = log Do                (istnieją też inne - Arrheniusa i Eyringa)

Y = B+Ax

A = tgαo =

Krzywa oporności cieplnej składnika inaktywowanego(krzywa czasu śmierci cieplnej TDT-Thermal death time)

Z= różnica temperatur powodująca 10-krotną zmianę czasu redukcji dziesiętnej D

Znając wartość D1 w temperaturze porównawczej (Tr) oraz parametr Z można łatwo wyliczyć D dla dowolnej temperatury T gdyż:

(**)      tgα=

(***)   D = Dr ∙ 10

Teoria Q10→ wskaźnik mówiący ile razy zmieni się szybkość procesu przy zmianie temperatury o 10ºC.

                           Q10 =    ale założyliśmy że

                            więc:

                                    Q10 =

Jeżeli więc w równaniu (**) przyjmiemy, że ∆T=10ºC →

      tgα =

określenie dawki ciepła potrzebnej do osiągnięcia założonej sterylności handlowej

τ =D(logNo – logN) =Dlog

Wprowadzamy czas inkubacji F w określonej temperaturze porównawczej Tr potrzebny do uzyskania wymaganej liczby redukcji dziesiętnych.

                       n = log   wtedy F = n∙Dr → tak zwana liczba sterylizacji(równoważnik

                                                                            czasowy)  

Najczęściej liczbę sterylizacji F określa się dla Tr = 121,1ºC oraz dla Z=10ºC,wtedy

Fzapisuje się w uproszczeniu Fo lub F.

Jeżeli sterylizację prowadzimy nie w temperaturze Tr a w innej np.T, w której ciepłooporność będzie wynosić D, to w celu osiągnięcia tego samego efektu inaktywacji termicznej (o tyle samo redukcji dziesiętnych) ogrzewanie należy prowadzić przez czas τ

                    N =

Wiemy też (rów.***),że:

                  D = Dr ∙ 10  więc

                 τ= F

Znając więc potrzebną do osiągnięcia sterylności handlowej minimalną dawkę ciepła w temperaturze Tr(zwykle 121,1ºC) wynoszącą F(min) (F121,1) i wiedząc o jaki drobnoustrój chodzi (znając jego Z) można wyznaczyć czas ogrzewania τ w innej temperaturze T.

Ponieważ składniki odżywcze (witaminy, aminokwasy itp.) wykazują wyższą niż drobnoustroje wartość parametru Z to przy rosnącej temperaturze sterylizacji drobnoustroje szybciej ulegają niszczeniu niż składniki odżywcze.

Niech Tr = 121,1ºC    T = 131,1º C

Dla witamin: Z = 50     τ = F∙10 

Dla bakterii: Z =10       τ = F∙10

...