Principy úchovy potravin. Fyziologické změny. Fyziologické změny. Enzymové změny. Fyziologické změny

Transkript

1 Principy úchovy potravin Potraviny a potravinářské suroviny jsou neúdržné materiály, pozvolna nebo rychleji podléhají nežádoucím změnám Cíle: zabránit změnám, prodloužit skladovatelnost zajistit očekávané vlastnosti chuť a vůni produktu zajistit zdravotní nezávadnost Změny probíhající v potravinářských surovinách a potravinách při skladování a zpracování Fyziologické Enzymové Chemické Mikrobiologické Fyziologické změny Živá rostlinná pletiva a živočišné tkáně: Dynamická rovnováha (procesy v organismu probíhají organizovaně, fyziologické reakce na sebe navzájem navazují) Sklizeň (ovoce,zelenina) Porážka (maso) Přerušení dynamické rovnováhy (hromadění reakčních produktů, které nejsou metabolizovány) Změny Žádoucí + nežádoucí Nedodržení welfare (vady masa) Faktory ovlivňující zdravotní stav zvířat Poškození chladem Nedostatek vody Teplotní stres Mechanické poškození Tkáňové dušení Fyziologické změny Ovoce Zelenina Minimální bezpečná teplota skladování ( C) Projev poškození chladem při skladování za nižší než bezpečné teploty jablka 1-2 vnitřní hnědnutí, měknutí avokado 7 vnitřní hnědnutí banány 13 tmavnutí okurky 7 vysýchání, krabacení, tvorba jamek lilek 7 jamky, prohlubně na povrchu, zvětšení stopky grapefrui t 7 krabacení, prohlubně na povrchu, vodnatění, vnitřní hnědnutí mango 10 vnitřní tmavnutí čerstvé olivy 7 vnitřní tmavnutí Fyziologické změny Poškození chladem Nedostatek vody Teplotní stres Mechanické poškození Tkáňové dušení Enzymové změny Katalyzované enzymy: - Přirozené - Extracelulární produkované přítomnou mikroflórou Rozvoj změn: - mechanickém porušení pletiva - technologické zpracování - loupání, dělení, lisování, pomalé zmrazování vlivem tvorby velkých krystalů ledu 1

2 Rozdělení enzymových změn potravin Skupina enzymů Důsledky změn Enzymové hnědnutí potravin lipoxygenasy, lipasy a proteasy pektolyticke a celulolyticke enzymy polyfenoloxidasy, chlorofylasa a částečně peroxidasa askorbatoxidasa, thiaminasa, polyfenoloxidasy změny chuti a vůně (cizí přípachy, chutě, nesprávně vyrobená zmrazovaná zelenina apod.) změny konzistence (měknutí, tvorba sedimentů v citrusových nápojích apod.) změny barvy (enzymové hnědnutí, degradace chlorofylu) snížení nutriční hodnoty (rozklad vitamínu, snížení stravitelnosti bílkovin) enzymová oxidace fenolových sloučenin při porušení pletiva oxidoreduktasami za přítomnosti kyslíku * chinony * barevné pigmenty pozitivní (fermetace čaje, kakaových bobů, hrozinek..) nežádoucí (hnědnutí jablek, brambor, hub) Chemické změny Chemické reakce složek potravinářských surovin a potravin : o navzájem o s exogenními látkami, které se do potravin dostávají během zpracování (kyslík, ionty kovů, aditivní látky, složky obalů, kontaminující látky apod. Procesní kontaminanty o Oxidační změny o Reakce neenzymového hnědnutí o Reakce s exogenními látkami Exogenní kontaminace VODA 1. Universální rozpouštědlo (sůl, vitamíny, cukry, plyny, barviva) pigment) 2. Vliv na texturu, organoleptické vlastnosti 3. Chemické reakce (hydrolýza, oxidace) 4. Nezbytná pro růst mikroorganismů, enzymy Potravina Obsah a w vody % Potřebná míra ochrany čerstvé 70 0,985 maso chléb 40 0,96 Obal k zamezení ztráty vody odparem marmeláda 35 0,86 mouka 14,5 0,72 hrozinky 27 0,60 těstoviny 10 0,45 kakaový 4 6 0,40 prášek sušenky 5 0,20 obal k zamezení k vlhnutí z prostředí sušené 3,5 0,11 mléko bramborové 1,5 0,08 lupínky Oxidace lipidů Změna chuti, vůně a barvy, žluknutí vliv na spotřebitele, ekonomické ztráty Ztráta nutriční hodnoty, esenciální MK, vitamíny Zdravotní riziko toxické látky Mikrobiologické změny nejvýznamnější změny možné ohrožení zdraví konzumenta snížení nutriční a senzorické hodnoty potraviny znehodnocení potraviny Mikroorganismy působící kažení potravin - změna vůně, barvy nebo konzistence potravin, nemusí být nutně škodlivé pro člověka. Mikroorganismy jako původci onemocnění např. patogenní bakterie - infekční dávka Mikroorganismy vytvářející toxiny (jedy) - nemusí nevykazovat žádnou změnu vůně, chuti nebo vzhledu 2

3 Vybrané infekční nemoci v ČR v letech absolutně Mikrobiologické změny Míra kontaminace = počet mikroorganismů ovlivňuje rychlost zkázy Infekční dávka Kontaminace Pomnožení Přežití Růstová křivka mikroorganismů Faktory ovlivňující růst mikroorganismů Počet bakterií 1 přežívání, adaptační fáze tzv. lag fáze 2 - logaritmický růst (množení) 3 - stacionární fáze 4 - fáze odumírání (úhyn) Růst Optimální podmínky ( ) Nevyhovující podmínky ( ) Počet bakterií čas čas Dostupnost živin Teplota Obsah vody v potravině aktivita vody a w ph potraviny Redox potenciál Dostupnost živin Teplota Intenzita růstu a množení mikroorganismů je tím vyšší, čím vyšší je nabídka živin a čím jsou živiny lépe dostupné. Rychlejší zkáza -potraviny s pestrým složením snadno dostupných živin (maso, mléko, vaječné hmoty atd.) konec růstu termofilní bakterie Mezofilní bakterie Psychrotrofní bakterie Psychrofilní bakterie Konec růstu bakterií Konec růstu plísní +100 C +65 C +10 C -10 C -20 C 0 C Sterilace Destrukce bakteriálních spór Pasterace Destrukce většiny bakterií Zóna růstu patogenních bakterií Chladírenské zpracování Zmrazování Hluboké zmrazování 3

4 Vliv záhřevu na mikroorganismy Inaktivace mikroorganismů teplem faktory ovlivňující průběh termosterilace Vlastnosti mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Výchozí koncentrace mikroorganismů Doba působení teploty Inaktivace mikroorganismů teplem - vliv výchozí koncentrace mikroorganismů Inaktivace mikroorganismů - reakce 1. řádu po integraci dc k C d 1 C log C k 1 2 2,303 C koncentrace mikroorganismů čas k rychlost destrukce mikroorganismů t teplota - konstantní Aktivita vody a w a w vyjadřuje množství volné vody využitelné pro mikroorganismy Závisí na druhu potraviny a není shodná s obsahem vody Např. ovoce s 80 % vody a mouka s 20 % vody mají stejnou hodnotu a w hodnota a w nezbytná pro růst: bakterie > 0,91 kvasinky > 0,87 plísně > 0,70 Aktivita vody a w a w = p w /p w 0 vodní aktivita a w příklady potravin mikroorganismy schopné růstu 0,1-0,2 cerálie, cukr, krekry, sůl, sušené mléko mikroorganismy se nerozmnožují, nerostou, přežívají, jejich počet postupně klesá 0,60 med, čokoláda, špagety, nudle, sušenky mikroorganismy se nerozmnožují, nerostou, přežívají po dlouhou dobu p w parciální tlak vodní páry nad potravinou p w0 parciální tlak vodní páry čisté vody teplota a w = /100 konstantní 0,60-0,85 džemy, rosoly, sušené ovoce a zelenina, parmezán, silně solené ryby, ořechy, sušené vaječné obsahy 0,85-0,93 fermentované salámy, slazené kondenzované mléko, sušené maso, syrová šunka, slanina plísně (při a w 0,80 nedochází k produkci mykotoxinů), mikroorganismy přežívají Staphylococcus aureus se rozmnožuje, ale netvoří toxin, plísně se rozmnožují včetně tvorby toxinogenních (produkce mykotoxinů) rovnovážná vlhkost vzduchu (vyjadřuje se v procentech a nabývá hodnot 0 až 100%) a w = 0-1 0,93-0,98 kondenzované mléko, rajský protlak, chléb, ovocné šťávy solené ryby, tepelně opracované salámy, sýry 0,98-0,99 mléko, čerstvé maso, ryby, konzervovaná zelenina, ovocné kompoty, vejce Staphylococcus aureus se rozmnožuje a tvoří toxin, kvasinky a bakterie se rozmnožují pomaleji, e snižující se vodní aktivitou některé ukončují růst všechny mikroorganismy rostou a rozmnožují se 4

5 ph prostředí mezní hodnota ph 4,0 hranice pod kterou neklíčí spory sporulující bakterie Bacillus coagulans ph Minimální a maximální hodnoty zjištěné pro různé potraviny Zelenina 4,9 7,5 Mléčné výrobky 5,5 8,5 Potraviny kyselé ph < 4 Potraviny málo kyselé ph > 4 Ovoce 2,2 4,1 Pečivo, pekařské výrobky 5,3 8,5 Maso 5,3 6,8 Vejce 6,4-9 Hodnota ph většiny potravin umožňuje růst mikroorganismů Redoxní potenciál (přístup kyslíku) oxidoredukční potenciál ( E H ) - určuje množství dostupného kyslíku v daném prostředí pozitivní oxidoredukční potenciál - přítomnost silně oxidačních látek, O 2 negativní potenciál - přítomnost redukujících látek obligátní nebo striktní aeroby pseudomonády, plísně obligátní anaerobové - stopová množství kyslíku toxická, Clostridium fakultativně aerobních - rostou jak v přítomnosti, tak nepřítomnosti kyslíku mikroaerofilních mikroorganismů - pro růst kyslík vyžadují, ale v koncentracích mnohem nižších než je ve vzduchu - např. rod Laktobacillus. Není absolutní konzervační metoda, část mikroflóry potlačí, část podpoří Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Campylobacter Optimální teplota růstu C, nepřežívají pasterační teploty, pod 28 C neroste Přežívají při chladírenských teplotách (několik týdnů) a v mražené drůbeži (několik měsíců) Výskyt: zažívací trakt divokých a domácích zvířat, povrchové vody Enterokolitidy Inkubační doba 1 11 dní 3 5 dnů, horečka, silné bolesti břicha, průjmy Problémy působené specifickými toxiny Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Listeria monocytogenes Roste v 0 42 C Pod ph 5,5 ustává růst, tolerantní k NaCl (toleruje i 16 %) Široký výskyt v přírodě, součást gastrointestinální mikroflóry Inkubační doba 1 90 dní, obtížná identifikace potravního zdroje nákazy Systémová onemocnění (meningitida, sepse, záněty plodových obalů, porod mrtvého plodu, předčasný porod) Projevy onemocnění od mírné chřipky po meningitidy Těhotné ženy může dojít k transplacentární infekci plodu a končit potratem nebo předčasným porodem 20 % infekcí smrtelných nebo vede ke smrti plodu / novorozence Potraviny: syrová zelenina (coleslaw), mléčné výrobky (pasterizované mléko, měkké sýry), paštiky, hotové pokrmy, nedostatečně upravené kuřecí, lahůdky Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Salmonella Růst 5 47 C, optimum 37 C Salmonelózy střevní 6 48 hodin od konzumace, průběh závisí na velikosti infekční dávky a zdravotním stavu Salmonelózy systémové Inkubace dnů (ale i 56) Průnik salmonell do lymfatického systému, do centrální oběhové soustavy, ve druhém stadiu se usazují ve žlučníku. Pacient se může stát bacilonosičem. Léčba antibiotiky ale i chirurgické odstranění žlučníku. Zoonotická infekce (hlavní zdroj nákazy je infikované zvíře) Maso, mléko, drůbež, vejce při nedostatečné tepelné úpravě 5

6 Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Staphylococcus aureus Růst 7 48 C, optimum 37 C Výskyt: kůže, kožní žlázy, mukosní membrány teplokrevných zvířat, u člověka horní cesty dýchací (20 50 % zdravé populace); způsobuje hnisavé onemocnění na kůži Inkubační perioda 1 6 hodin, příznaky odezní do 2 dnů Příznaky: žaludeční nevolnosti, křeče, zvracení, průjmy, bolesti hlavy, pocení, pokles teploty Kontaminace od obslužných pracovníků (hnisavé rány) Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Escherichia coli Indikátor fekální kontaminace pitné vody Některé sérotypy patogenní 2 typy onemocnění Extraintestinální onemocnění (močové cesty, infekce ran, hnisavé procesy) Intestinální infekce (průjmy) Enteropatogenní volává novorozenecké průjmy (až smrt!) Enterotoxigenní kolonizace střeva, průjmy; výskyt v teplých oblastech Enteroinvasivní podobné Shigelle Enterohemoragické toxinogenní Zdroj infikované hovězí maso Hemoragická kolitida Výskyt onemocnění v dětském věku, nejen v rozvojových zemích Často smrtelné Konzervační metody R - intenzita rozkladu potraviny četnost MO. odolnost MO R = odolnost potraviny Přehled metod Vylučování mikroorganismů z prostředí Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) (usmrcení MO potravina obsahuje nižší počet MO než před zákrokem) Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) (zvýšení odolnosti potraviny) Vylučování mikroorganismů z prostředí potraviny Omezení kontaminace během zpracování čistota místností, strojů, nářadí (sanitace) čistota vzduchu čistota vody čistota vedlejších surovin čistota pracovníků Ochuzování potravin o mikroorganismy praní suroviny (voda, voda s desinfekční činidla) čiření Vylučování mikroorganismů z potravin filtrace (ultrafiltrace) baktofugace Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) Fyzikální metody Sterilace zvýšenou teplotou Přívod tepla (obvyklé zahřívání) Odporový ohřev Dielektrický ohřev Infračervený ohřev Konzervace ionizujícím zářením Sterilace střídavýn tlakem (ultrazvukem) Konzervace vysokým hydrostastickým tlakem Konzervace vysokointenzivním pulsujícím elektrickým polem Konzervace vysokointenzivními záblesky světla 6

7 Potraviny konzervované tepelným zákrokem Blanšírování Pasterace Sterilace Frakcionovaná sterilace (tyndalace) Praktická sterilita Absolutní sterilita Blanšírování Tepelná úprava (ovoce a zeleniny) Inaktivace enzymů Úprava konzistence Odstranění vzduchu Zákrok předchází další způsoby konzervace Voda (přídavek NaCl, kys.citronová) Pára Pasterace Záhřev na teploty do 100 C Inaktace vegetativní formy mikroorganismů Konzervace kyselých potravin (potravin jejichž ph je menší nebo rovno 4,0). Nekyselé potraviny (hotových pokrmů apod.) je pasterace doplněna dalším zákrokem např. konzervací sníženou teplotou. Sterilace Záhřev na teploty vyšší než 100 C (obvykle 121,1 C) Inaktivace vegetativních formy mikroorganismů včetně bakteriálním spór Konzervace nekyselých potravin (potravin jejichž ph je vyšší než 4,0) Tyndalace Frakcionovaná sterilace Opakovaný záhřev na teploty do 100 C provedený v průběhu jednoho až několika dnů Konzervace nekyselých potravin Inaktivace přítomných bakteriálních spór po jejich vyklíčení Faktory ovlivňující průběh tepelného zákroku Vlastnosti mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Vliv výchozí koncentrace mikroorganismů na počátku příliš mnoho buněk nemusí teplota stačit Vliv doby, po kterou teplota působí 7

8 Zhodnocení obecně Objem termosterilovaných výrobků klesá, rozvíjí se modernější technologie - chladírenské a mrazírenské. Sterilační záhřev je obecně méně šetrný k nutriční a senzorické hodnotě. Prognóza - zůstane významnou konzervační metodou, objem se dále sníží, produkce tradičních výrobků jiným způsobem je nemožná. Vývoj - odlehčování obalů, easy open konzervy, vyšší používání speciální sterilovatelných plastových obalů (i papírových) obalů. Desinfekční činidla Ozon Stříbrné ionty Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) Chemické metody Dimethyl dikarbonát (velcorin) Desinfekční činidla Sloučeniny chlóru Peroxidy Peroxooctová kyselina Peroxid vodíku NaOH HNO 3 Kvarterní amoniové báze Neionogenní tenzidy Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Fyzikální a fyzikálně chemická úprava potraviny Osmoanabiosa Sušení Zahušťování v odparkách Vymrazování vody Proslazování Konzervace jedlou solí snížení vodní aktivity zvýšením osmotického tlaku Sušení horkým vzduchem kontaktním sušením Metody sublimačním sušením Zakoncentrování odpařováním membránovými procesy vymražováním Proslazování Solení Sušení Snižuje se obsah vody Potravina: dodání: teplo, energii (tepelnou energii) musí být v rovnováze přívod tepla a množství spotřebovaného tepla na odpaření vody) odvedení: voda 8

9 Zahušťování Výrobky: sušina 65 %, kyselé, údržné Protlaky Koncentráty Proslazování, solení Přídavek složky, která na sebe váže vody Snížení a w Cukr Sůl Alespoň 20 % - chuťově nepřijatelné (magy, zelenina, střeva) Přijatelné 1-2 % Osmoanabiosa + chemoanabiosa Údržnost Produkty s vysokým obsahem osmoaktivních látek (cukrů nebo soli), jejichž vodní aktivita je velmi snížená (pod 0,6) jsou při zamezení zvlhnutí samoúdržné Potraviny, u kterých byl obsah vody snížen jen částečně musí být konzervovány ještě dalším zákrokem (chlazení, chemicky apod.) Sušení ovoce a zeleniny předchází blanšírování. Konzervace sníženou teplotou Chladírenství Mrazírenství Konzervace sníženou teplotou (zmrazování, chlazení) může navazovat na další konzervační zákroky jako pasterace nekyselých potravin, použití látek s chemoanabiotickým účinkem apod. Chlazené potraviny Produkty rychle vychlazené na teplotu skladování Rychlé ochlazení - překonání teploty nejvyššího růstu mezofilních mikroorganismů a snížení teploty pod teploty růstu salmonel, listerií a dalších rizikových kontaminantů. Chladírenské skladování Teplota skladování -1 C až +1 C (syrové ryby, syrové maso, mleté maso, polotovary ze syrového masa) Teplota skladování -1 C až 4 C (tepelně opracované výrobky) Vlhkost 9

10 Chladírenské skladování ovoce a zeleniny Ovlivnění fyziologických procesů - jejich zpomalení nebo urychlení Teploty limitovány zdola teplotou vyvolávající poškození chladem Teplota poškození chladem je teplota, pod kterou nastávají nežádoucí fyziologické změny vedoucí ke zkáze ovoce a zeleniny. Konzervace potravin zmrazováním Konzervační princip: Zpomalení nebo zastavení nežádoucích změn (teplota) Snížení podílu využitelné vody pro mikroorganismy Snížení aktivity vody v potravině Druhy potravin: ovoce celé, proslazené, ovocná pyré, ovocné koncentráty zelenina rybí filety, mořské plody, rybí polotovary, maso, uzeniny, polotovary z masa pečivo, těsta hotové pokrmy, polotovary pro přípravu pokrmů Zmrazené potraviny Vyrobené s dostatečnou rychlostí zmrazování Skladované při -18 C s omezení výkyvů teploty Rychlost zmrazování tvorba krystalů Rozmrazený produkt je obvykle citlivější mikrobiálním změnám než tomu bylo před zmrazením Potraviny konzervované chemicky Chemosterilace Potraviny a polotovary stabilizované přídavkem látek usmrcujících mikroorganismy Chemoanabiosa Potraviny a polotovary stabilizované přídavkem látek zpomalující životní pochody mikroorganismů Chemická konzervovadla mohou být použita pouze ke konzervaci kyselých potravin (do ph 4,0) Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Chemická úprava potraviny (chemoanabiosa) Chemická konzervace Konzervace rafinovanými chemikáliemi Uzení Konzervace umělou alkoholizací a okyselováním Ethanol Organické kyseliny Konzervace antibiotiky Konzervace fytoncidy 10

11 Chemoanabiosa chemické konzervační látky antibiotika fytoncidy přirozené antimikrobní látky vyskytující se v potravinách úprava potravin zahrnující chemoanabiotický účinek (uzení, marinace, okyselování, solení apod.) Chemická konzervovadla oxid siřičitý, siřičitany kyselina benzoová kyselina sorbová estery kys. parahydroxybenzoové Chemická konzervovadla Požadavky : účinek při nízkých koncentracích neškodnost lidskému zdraví bez vlivu na senzorické vlastnosti potraviny bez příměsí (těžké kovy, meziprodukty z výroby apod.) Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Biologická úprava potraviny (cenoanabiosa) Konzervace kvašením sacharidů alkoholické kvašení mléčné kvašení Konzervace proteolýzou Ochranné kultury Bakteriofágy Potraviny konzervované cenoanabiozou (biologickými metodami konzervace) Výrobky konzervované mléčným kvašením (zelí), alkoholické nápoje, kysané mléčné výrobky, sýry apod. Mikroorganismy cíleně pěstované vytvoří očekávané senzorické látky charakteristické pro produkt, zároveň produkují metabolity inhibující konkurenční mikrofloru (ethanol, kyselina mléčná, antibiotika) Finální výrobek může obsahovat živé mikrobiální buňky, mikroflora může být po vytvoření požadovaných vlastností odstraněna, nebo inaktivována. Cenoanabioza je kombinována s dalšími zákroky např. pasterací, chlazením apod. Potraviny konzervované fyzikálními zákroky Nezabíjí záhřev Konzervace ionizujícím zářením -záření Sterilace střídavýn tlakem (ultrazvukem) působení ultrazvuku, který vede k usmrcení přítomných mikroorganismů Konzervace vysokým hydrostastickým tlakem vystavení potraviny účinku vysokého tlaku (až atm) po dobu několika minut, při kterém dojde k usmrcení mikroorganismů. 11

12 Vysoký hydrostatický tlak Izostatický tlak MPa po dobu několika minut Le Chatelierův princip Každy jev (fázový přechod, přeměna molekul, chemická reakce), který je doprovázen změnou objemu je ovlivňován tlakem Pascalův zákon Tlak je přenášen okamžitě ve všech směrech a celém objemu vzorku. Bariérová teorie Čerstvé nebo minimálně opracované potraviny - Překážkový efekt Kombinace několika konzervačních zákroků, které samotné nestačí na stabilizaci, ale společně vytváří systém překážek, bariér proti růstu mikroorganismů Tepelné opracování (každý záhřev nad 65 C vede ke snížení počtu mikroorganismů) Vychlazení, dodržování chladírenského řetězce, případně zmrazování, udržování mrazírenského řetězce Snížení ph (kde je možné) Snížení aktivity vody (kde je možné) Použití látek s konzervačním účinkem ( např.sůl, cukr, kde je možné - okyselení apod.) Úprava přístupu vzduchu (většinou zamezení přístupu vzduchu - vakuové balení apod.) Použití ušlechtilé mikroflóry (např. kysané výrobky, sýry, fermentované salámy ) Děkuji za pozornost 12