Výroba potravin a nutriční hodnota (N321020)

Transkript

1 Výroba potravin a nutriční hodnota (N321020) pro 1. ročník Mgr. studia v zimním semestru akademického roku 2011/2012 Struktura cvičení Vybrané procesy probíhající při zpracování jednotlivých komodit, které mohou zásadně ovlivnit nutriční hodnotu potravin - cukr, čokoláda a výrobky ze škrobu. Ing. Andrea Hinková, PhD

2 OSNOVA 1. Cukry v potravě obecně a. Význam cukrů ve výživě a zdraví člověka (energetická hodnota sacharidů, chemické složení stručný přehled, doporučené denní množství, trávení) b. Cukry v potravě (cukr a nemoci, vliv cukru na kvalitu potravin) c. Náhrady cukru (umělá sladidla) 2. Sacharosa a. Použití sacharosy b. Technologie výroby cukru - vliv jednotlivých operací na kvalitu c. Zpracování vedlejších produktů (melasa, vyslazené řízky) d. Řepný a třtinový cukr 3. Škrob a výrobky ze škrobu a. Nutriční hodnota škrobu b. Výrobky ze škrobu c. Vliv technologických operací na vlastnosti a kvalitu škrobu uplatnění moderních procesů 4. Čokoláda a. Složení čokolády z hlediska výživy b. Adaptogenní vlastnosti čokolády c. Druhy čokolád d. Vliv technologických operací na kvalitu čokolády 5. Chemické změny při zahřívání sacharidů a. Karamel b. 5-hydroxymethyl furfural (HMF) c. Akrylamid 6. Moderní postupy při zpracování nápojů pivo, víno a. Použití membránových separací (mikrofiltrace, ultrafiltrace, pervaporace, reverzní osmóza)

3 1. CUKRY V POTRAVĚ OBECNĚ Význam cukrů ve výţivě a zdraví člověka Cukry uhlovodany, sacharidy (carbohydrates) Přirozená a důležitá součást potravin hlavní a pohotový zdroj energie Další funkce cukrů glykosylace proteinů specifická změna konfigurace proteinů změna funkce (například hlen pokrývající střevní sliznici mění svou funkci podle glykosylace) Glykace nespecifická spojení sacharid protein (poškození funkce bílkovin) Energetická hodnota sacharidů 1 g cukrů poskytuje 4 kalorie energie, stejné platí pro bílkoviny 1 g tuků poskytuje 9 kalorií energie Doporučené mnoţství cukrů denně (správná funkce svalů a mozku) * 130 g denně 175 g v těhotenství 210 g při kojení Podíl cukrů na zdravé výživě by měl činit % ze všech přijatých kalorií denně ** To neplatí pro přidané cukry (ty které se nevyskytují přirozeně v potravinách) zde WHO doporučuje snížit příjem těchto přidaných cukrů na 10 % veškerého denního příjmu sacharidů * Zdroj: American Dietetic Association complete food and nutrition guide, 2006, John Viley & Sons, New Jersey, USA. ** Zdroj: Institute of Medicine (Americká Národní akademie věd) 1000 kalorií = 4,185 kj Bazální metabolismu jak si ho spočítat? (Zdroj: -hubnuti-snadno/) Výpočet bazálního metabolismu: (kcal) Pro muže: BMR (bazální metabolismus pro muže) = 66,473 + (13,7516 váha v kg) + (5,0033 výška v cm) (6,755 věk v rocích) Pro ženy: BMR (bazální metabolismus pro ženy) = 655, (9,5634 váha v kg) + (1,8496 výška v cm) (4,6756 věk v rocích)

4 Spotřeba kalorií při různých činnostech: (Zdroj: -hubnuti-snadno/): činnost - výdej KJ/hod Kcal/hod aerobik taneční střední 1250 KJ/hod 299 Kcal/hod atletika 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod basketbal 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod běh na lyţích 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod bruslení 1700 KJ/hod 406 Kcal/hod cyklistika 9km/h 600 KJ/hod 143 Kcal/hod domácí práce 250 KJ/hod 299 Kcal/hod fitness 1700 KJ/hod 406 Kcal/hod fotbal 1700 KJ/hod 406 Kcal/hod hokej 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod horolezectví 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod hra na hudební nástroj 2000 KJ/hod 478 Kcal/hod chůze 4km/h 900 KJ/hod 215 Kcal/hod chůze po schodech 2000 KJ/hod 478 Kcal/hod jogging 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod oblékání se 600 KJ/hod 143 Kcal/hod odhrabání sněhu 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod plavání prsa 1250 KJ/hod 299 Kcal/hod plavání rychlý kraul 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod psaní 250 KJ/hod 60 Kcal/hod psaní na stroji 325 KJ/hod 78 Kcal/hod řízení auta 600 KJ/hod 143 Kcal/hod sex 1700 KJ/hod 406 Kcal/hod sezení, TV, stání 250 KJ/hod 60 Kcal/hod squash 2300 KJ/hod 550 Kcal/hod štípání dříví 2000 KJ/hod 478 Kcal/hod tenis 2000 KJ/hod 478 Kcal/hod úřednická práce 325 KJ/hod 78 Kcal/hod Chemické sloţení cukrů jednoduché cukry 1-2 jednotky (monosacharidy: glc, frk, gal, disacharidy: sach (glc+frc), lakt (gal +glc), malt (glc+glc) Kde se vyskytují?? složitější - oligo, poly škrob, glykogen, vláknina, FOS? GOS? Proč není škrob sladký?? Vláknina lidé ji neumí trávit (není zdrojem energie, pozitivnéí vliv na zdraví) Cukry v potravě Cukr činí potraviny mnohem atraktivnější a chutnější potraviny obsahující přirozené cukry (luštěniny, cereálie, ovoce, zelenina) obsahují další důležité látky (vitamíny, minerály, fytonutrienty a vlákninu) pozitivní vliv na cévy, krevní tlak, onemocnění srdce a některé druhy rakoviny.

5 Cukr a nemoci Při vysoké spotřebě přidaného cukru lze v některých případech najít souvislost mezi konzumací cukru a výskytem onemocnění. Jedná se např. o tvorbu zubního kazu, obezitu, diabetes, specifické onemocnění kůže, trávicího traktu a kloubů, kardiovaskulární onemocnění, hypoglykémii, nesoustředěnost aj. Kromě podílu na rozvoji zubního kazu však neexistuje jasný důkaz, který by ukázal na nebezpečný vliv sacharosy na lidské zdraví. Cukr (sacharosa) nutriční hodnota a pověry s ní spojené: Kazivost zubů Po cukru se tloustne Cukr způsobuje hyperaktivitu a poruchy učení a vnímání u dětí Cukr zvyšuje hladinu krevního cukru rychleji neţ škrob.. Cukr způsobuje diabetes mellitus (cukrovku) Cukr způsobuje hypoglykémii Vliv cukru na kvalitu potravin Přirozený zdroj rostlinný materiál (fotosyntéza): ovoce, zelenina, obiloviny, luštěniny, ořechy Potravinářský průmysl cukr (sladká chuť) mohou přinášet zákazníky často se přidává množství vyšší, než je z technologického hlediska nutné. Vysoká úroveň spotřeby cukru, zejména ve vyspělých zemích, je dána širokou nabídkou průmyslově vyráběných potravin, jako jsou čokoláda a cukrovinky, nealkoholické nápoje, mlékárenské výrobky, zmrzliny, jamy, sirupy, pečivo, sušenky, cukrářské výrobky aj. Vedle své funkce sladidla je cukr látkou dodávající potravinám objem, upravuje jejich texturu, působí jako konzervační činidlo, ochucovadlo a fermentační substrát. Zbývající část cukru se spotřebuje v domácnostech, kde se používá k přímému slazení kávy a čaje, k pečení a při vaření. Chléb přídavek pro kvasinky (ne všechen cukr kvasinky spotřebují) Sladké pečivo, moučníky cukry mají vliv na texturu např. piškotového těsta (lehkost, nadýchanost), zvyšují objem hmoty (cena), podílejí se na tvorbě barvy pečiva během pečení (Maillardovy reakce). Sušenky podílejí se na křehkosti, barvě, textuře (křupavost, přinášejí vzduch do těsta) Džemy, marmelády cukr potlačuje růst plísní a kvasinek (váže na sebe vodu); konzervant Cukrovinky tvoří texturu a barvu Ostatní potraviny barva, textura, zvyšuje objem, někdy může působit jako zvýrazňovač chuti (rajská omáčka) Náhrady cukru (umělá sladidla) Cukerné alkoholy (polyoly) Součást přirozené stravy (ovoce bobuloviny, zelenina) Vyráběny a izolovány xylitol, sorbitol, mannitol, maltitol, erythritol, laktitol, isomalt Jsou to cukry metabolizuji se na glukosu, ale mají nižší energetickou hodnotu než glukosa Některé se hůře vstřebávají a pak metabolizují až střevními bakteriemi v tlustém střevě laxativní účinky při větším zkonzumovaném množství

6 Nejsou kariogenní bakterie v ústech je neumějí štěpit Přidávají se do: cukrovinek, zmrzliny, pečiva, žvýkaček, zubních past a ústní vody (mají chladící efekt na sliznice, udržují vlhkost např. v pečivu) Sorbitol (D-glucitol; E420) 1 g poskytuje 2,6 kalorií, sladivost je poloviční, při nadměrném příjmu případně poruchách metabolismu může způsobovat patologické změny ve tkáních Mannitol (E421) 1 g poskytuje 1,6 kalorií, sladivost je poloviční, nezapojuje se do metabolismu glukosy Xyliotol (E967) sladivost stejná jako u glukosy (nejsladší polyol), částečně se tráví až v tlustém střevě (laxativní) Erythritol (E968) ekvivalent sladivosti erythritolu = 0,6-0,7, poměrně snadno se vstřebává do krevního oběhu, nepodléhá však žádným metabolickým změnám a vylučuje se ledvinami. Je považován za zcela bezpečné sladidlo bez jakýchkoliv škodlivých účinků. Maltitol (E965), ekvivalent sladivosti = 0,9, laktitol (E966), ekvivalent sladivosti = 0,3-0,4 a isomalt (E953), ekvivalent sladivosti = 0,4-0,6, GI = 9 jsou polyoly s velmi podobnou strukturou (dvanáctiuhlíkaté, odvozené od disacharidů), schopné se více čí méně zapojit do cukerného metabolismu. V přírodě se nevyskytují, jsou připravovány synteticky. Považují se za neškodné látky bez vedlejších účinků. Sukralosa Sukralosa (E955) je synteticky vyrobený derivát sacharózy obsahující v molekule 3 atomy chlóru, Sukralosa ani její metabolické produkty se v organismu nehromadí. Sladivost sukralosy je asi 500 x až 650 x vyšší než sladivost sacharosy, přidává se ve velmi malém množství. Je považována za zcela bezpečné sladidlo. Necukerná umělá sladidla Aspartám (E951) je methylester dipeptidu složeného z fenylalaninu a kyseliny asparagové. Syntetizován 1965 Aspartám je v trávicím traktu štěpen na volný fenylalanin, kyselinu asparagovou a methanol (kvůli methanolu vznikajícímu při trávení aspartamu vznikla úplná protiaspartamová hysterie, ovšem methanol vzniká v trávicím traktu např. i při konzumaci různého ovoce a zeleniny). Jde o jedno z nejrozšířenějších umělých sladidel (používá se nejen jako přísada do potravin a nápojů, ale např. i do léků a zubních past). Ekvivalent sladivosti aspartamu = g poskytuje 4 kalorie (jako glc) ale používá se ve zlomkovém množství (vysoká sladivost) Fenylketonurie neschopnost trávit fenylalanin Není tepelně stabilní (rozkládá se) použití mimo pekárenský průmysl (nápoje, zubní pasty, jogurty, žvýkačky) Sacharin (E954) Syntetizován 1879 (nejdéle známé umělé sladidlo) (1,2-benzisothiazolin-3-on-1,1-dioxid) je nejdéle používané (více než 125 let) umělé sladidlo. V roce 1981 byl sacharin označen jako možný rakovinotvorný produkt na základě pokusů na potkanech. V současnosti však již sacharin není pokládán za (lidský) karcinogen, byl opět vyškrtnut ze seznamu rakovinotvorných látek a je považován za látku nepředstavující pro člověka významné riziko. V

7 organismu se nehromadí, nemetabolizuje a vylučuje se v nezměněné podobě v moči. Ekvivalent sladivosti sacharinu = V USA byl do roku 1970 na seznamu potenciálně karcinogenních látek, ale posléze vyjmut (testy na krysách byly pozitivní, ale fyziologie krys neodpovídá fyziologii člověka) Acesulfam (E950) (draselný, sodný, vápenatý) Syntetizován 1967 obsahuje v molekule sulfoaminové uskupení stejně jako sacharin (jde o sůl 3,4-dihydro-6-methyl- 1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu). Acesulfam je považován za bezpečnou látku (jeho předpokládaná škodlivost se nepotvrdila). V organismu se nehromadí, nemetabolizuje a vylučuje se v nezměněné podobě močí. Ekvivalent sladivosti acesulfamu = 200. Cyklamát (E952) (sodný, vápenatý) je sodná nebo vápenatá sůl kyseliny cyklohexylsulfamové. O jeho zdravotní nezávadnosti panují určité pochyby z toho důvodu, že může být bakteriemi tlustého střeva štěpen na potenciálně nebezpečný cyklohexylamin. Za běžných okolností (při požití malých dávek) se však všechen vstřebává sliznicí tenkého střeva, nemetabolizuje se a z krevního oběhu se vylučuje v nezměněné podobě. Ekvivalent sladivost cyklamátu = SACHAROSA Pouţití cukru (sacharosy) Mnohostranné použití nejen ve výživě K chemickým a biochemickým transformacím. Dlouhodobá skladovatelnost (strategická potravina, uchována pro případ ohrožení) Relativně nízká cena Cukr zajišťuje podstatnou dávku celkového příjmu energie Široká nabídka průmyslově a dílensky vyráběných potravin Přímá spotřeba v domácnostech Spotřeba cukru v ČR: okolo 40 kg na osobu a rok - vysoká spotřeba! Základní výživové směry u nás - požadavek snížení spotřeby cukru asi o 30 %. spotřeba cukru dána i zdrženlivostí konzumenta výrobky se sníženým obsahem sacharosy, nebo s umělými sladidly. Funkce cukru: sladidlo ochucovadlo konzervační činidlo látka dodávající potravinám objem látka upravující texturu potravin fermentační substrát Surovina pro chemické a biochemické technologie: pouze 5 % světové produkce cukru se využívá k nepotravinářským účelům produkty chemické či biochemické transformace sacharosy jsou biologicky odbouratelné a nejsou toxické Možnosti výrob, vycházející ze sacharosy:

8 fermentační zpracování na bioetanol, následné využití jako palivo nebo přísada do pohonných směsí klasické kvasné výroby -líh, droždí, organická rozpouštědla a kyseliny (citronová) produkty chemické transformace sacharosy (sorbit, vitamin C, kyselina glukonová, 5- hydroxymethylfurfural aj.) Technologie výroby cukru Počátky průmyslové výroby cukru u nás - rok 1831 Výroba cukru v ČR -ročně tis. tun -tuzemská spotřeba cukru 400 tis. t za rok Výrobní náklady Kč/t Rozhodující nákladové položky: cena cukrovky 53 % doprava a příjem cukrovky 7 % výrobní náklady cukrovaru 36 % skladování cukru 4 % Světová výroba cukru mírně vzrůstá (2009 téměř 160 miliónů tun, z toho jen 20 % je vyrobeno z cukrovky) Sloţení řepy cukrovky Sušina %: dřeň, sacharosa, rozpustné necukry Dřeň (5 %) celulosa, hemicelulosa, arabany, pektinové látky Sacharosa: % Rozpustné necukry (2,5 %): monosacharidy, oligosacharidy, organické kyseliny, saponiny, bílkoviny, aminokyseliny, aminy, betain, anorganické soli) Technologie výroby cukru a vliv jednotlivých operací na kvalitu: Příjem řepy laboratorní rozbor (obsah cukru, sodíku, draslíku a lidického dusíku) výpočet předpokládané výtěžnosti rafinovaného cukru (tj. ztrát cukru v melase podle složení řepy cukrovky) Poškozená (alterovaná řepa): Poškození buněk v pletivech v důsledku teplotních změn Rozvoj baktérií, kvasinek plísní Inverze sacharosy na glc a frk (obsah redukujících cukrů narůstá); někdy i mléčné kvašení (k. mléčná) Reakce redukujících cukrů s AK Maillardovy reakce (barevné produkty) Rozklad Arubanů na monosacharidy Produkce dextranu a levanu (Lactobacillus) Zhoršení kvality šťávy a filtračních vlastností Těţení šťávy: Optimální podmínky extrakce Extrakce a mikrobiologická kontaminace: Surová šťáva (15-18 % sacharizace, čistota %)

9 Slabě kyselá (ph 6,0 6,3) Šedočerná barva (koloidně dispergované látky, pektiny, bílkoviny, barevné látky, saponiny a řadu necukrů) Čištění epurace (odstranění necukrů, pevných látek, neutralizace, minimalizace rozkladu sacharosy, desinfekce) vápenné mléko (suspenze Ca(OH) 2 a CaO ve vodě) a saturační plyn (30 % CO 2 ) Odpařování lehké šťávy na těžkou šťávu Dosáhnout sacharizace % (světle hnědá barva, jemně zakalená) Krystalizace Afinace cukru (Rafinérie) Třídění krystalu Cukr krystal Dokonale odprášený, stejnoměrná kvalita, vlhkost 0,03 0,05 %, obsah popela 0,02 %, obsah redukujících látek 0,01 % Druhy cukru podle Zákona o potravinách (Zdroj: Technologie cukru, prof. Pavel Kadlec) Skupina Cukr extra bílý Podskupina krystal - směs krystalů stejnoměrného zrnění, volně sypká krupice - směs menších nebo rozdrcených krystalů, stejnoměrného zrnění, volně sypká moučka - volně sypaná směs jemně mletých drcených krystalů Cukr bílý Cukr polobílý krystal krupice moučka krystal

10 krupice moučka Cukr moučka s obsahem protihrudkujících látek (= druh škrobu, přídavek nejvýše 3 %) Tvarovaný cukr kostky, bridž, homole Cukr s přísadami Přírodní cukr sypký, zrnitý, světle žlutý krystal Kandys směs velkých krystalů a srostlic žluté až hnědé barvy Tekuté výrobky invertovaný sirob Karamel Chemické a fyzikální požadavky na jakost krystalového cukru (podle Věstníku Evropské unie) Parametr Cukr extra bílý Cukr bílý (cukr) Cukr polobílý Polarizace ( Z) min. 99,7 min. 99,7 min. 99,5 Invertní cukr (%) max. 0,04 max. 0,04 max. 0,1 Úbytek hmotnosti max. 0,06 max. 0,06 max. 0,1 sušením (%) Zpracování vedlejších produktů Vyslazené řízky Řízky Sušina Použití Lisované přímé krmení, silážování (velké ztráty) Lisované na vyšší sušinu silážování (min. ztráty, výborná kvalita a výživná hodnota, mezistupeň k sušení Sušené granulované krmivo, pelety Řepná vláknina doplněk vlákniny v lidské výživě (dietetikum, prevence civilizačních chorob) Vliv technologie lisování řízků na jejich kvalitu: Sušina % (maximálně %) Účinnost lisování ovlivněna: teplotou (50 55 C) ph (5,8 6,0), čím nižší ph tím lepší vylisování řízků rozpustný pektin a jeho rozkladné produkty Sušení řízků: Dlouhodobý způsob konzervace Při vlhkosti % lze skladovat bez nebezpečí znehodnocení Výborná stravitelnost (krmné směsi) Vysoce energeticky náročný proces (1/3 spotřeby energie celého cukrovaru využití bioplynu; snižení spotřeby energie) Bubnové sušárny (horké kouřové plyny, teplota C, spotřeba tepla kJ/kg) Melasa Řepná melasa

11 Sacharizace %, čistota %, popel 10% ph vyšší než 8,3 při skladování melasy je nutná S = 80 % Cukerné složení: kromě sacharosy obsahuje též glukosu a fruktosu a raffinosu Raffinosa Trisacharid gal, glc, frk Prebiotika probiotika ostatní galaktooligosacharidy odvozené od raff další jednotky gal stachyosa: gal+raff, verbaskosa: gal+gal+raff, Betain Trimethylglycin (N-trimethylovaná aminokyselina) Kofaktor při methylaci - donor methylových skupin (např. syntéza neurotransmiterů dopaminu a serotoninu, nebo biosyntéza melatoninu, součást koenzymu Q10, účastní se řady biosyntézy řady biologický významných molekul) Získáváni betainu z melasy kontinuální chromatografická separace (ionexy) Soli vápník, draslík, chloridy, šťavelany, chloridy většinou z původní suroviny, nebo zakoncentrovány z technologie. Použití melasy z řepy Nepoživatelná pro lidi Zkrmování Surovina pro biotechnologie (líh, droždí, krmné kvasnice, organické kyseliny citrónová, mléčná, ocet, organická rozpouštědla, aminokyseliny) Izolace dusíkatých látek (betain, AK) Vycukerňování melasy (oddělení sacharosy ve formě sacahrátu vápenatého Steffův postup, nebo odstranění necukrů pomocí ionexů demineralizace nebo iontová exkluze, cukerná frakce se zpracuje na tekutý cukr, necukerná jako krmivo, hnojivo) Řepný a třtinový cukr Sloţení cukrové třtiny Obsah sacharosy % Čistota šťávy %

12 Výnos třtiny t/ha Nutno zpracovat do 48 h po sklizni Výroba cukru z třtiny: Mlýny rozdrcení stonků třtiny Čeření nižší přídavek vápna, nižší teplota, jinak dochází k rozkladu invertního cukru (horší jakost šťáv), prakticky neutrální oblast (odstraní se vosky, tuky, vláknina, nečistoty) Další technologie podobná jako u řepy: šťáva se zahustí na vakuových odparkách, pak se sváří na cukrovinu (zrniče), po odstředění se matečný sirob (melasa) vrací zpět do zrniče a to i třikrát různé typy třtinové melasy. S každou krystalizací klesá obsah cukru v melase, ale narůstá barva a obsah solí. Třtinová melasa Obsahuje oxid siřičitý (konzervant) přidává se během extrakce mleté třtiny (pouze při zpracování zralé třtiny se SO 2 nepřidává pak i melasa je bez něj) Tři typy melasy první melasa (z první krystalizace, nejvyšší obsah cukru, jemná chuť)) druhá melasa (z druhé krystalizace, tmavší barva, méně cukrů, nahořklá chuť) black strap (zadinová melasa, černá barva, třetí var, hustá, skoro nepoživatelná) Obsahuje: cukr, vitamíny (B6) a minerály (vápník, hořčík, draslík a železo, ale i mangan, měď a selen) Některé pověry spojené s kvalitou cukru: Med a hnědý cukr (nerafinovaný) je zdravější neţ bílý cukr Hnědý cukr (nerafinovaný) je zdravější neţ bílý cukr Třtinový cukr je zdravější neţ řepný cukr

13 0,450 0,400 3,93 6,98 11,43 8,90 sacharosa - 10,27 16,63 16,32 3,92 12,55 8,98 1,72 2,50 fruktosa - 5,52 sacharosa - 10,23 18,57 16,57 13,92 verbaskosa - 14,15 23,15 28,30 30,47 14,75 25,30 27,50 33,65 35,40 38,60 4 1,43 19,32 20,77 22,03 22,58 22,45 23,80 18,90 18,32 24,43 12,67 24,73 25,30 25,72 26,13 maltohexaosa - 26,45 26,90 27,97 maltoheptaosa - 28,73 30,20 30,62 31,92 33,50 36,20 37,75 38,72 39,57 41,22 rafinosa - 13,12 maltotetraosa - 20,55 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 1,75 2,47 2,28 2,72 stachyosa - 13,32 verbaskosa - 13,90 maltosa - 14,42 14,70 15,28 15,75 16,95 17,22 17,50 maltotriosa - 19,93 maltotetraosa - 20,30 21,37 21,68 22,83 maltopentaosa - 23,23 2 0, ,030 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 Profil sacharidů v medu (modrá barva) a bonbonářském sirupu (černá barva), HPEAC-PAD. 3. ŠKROB A VÝROBKY ZE ŠKROBU Nutriční hodnota škrobu Škrob Amylosa (lineární, barví jodový roztok modře, obsah popela: 0,03 %) Amylopektin (rozvětvený, I 2 barví červenofialově, obsah popela: 0,2 %) Konkurence cukru (sacharosy) ČR: bramborový, pšeničný škrob USA: kukuřičný Výrobky ze škrobu 1. Produkty frakcionace škrobu (amylosa, amylopektin) 2. Termicky modifikované (extrudované škroby) 3. dextriny (rozpustné ve vodě, produkty hydrolýzy škrobu) 4. modifikované škroby (chemicky, enzymově, termicky, oxidované): Oxidovaný škrob (E1404) oxidace NaClO; nízká viskozita při vaření, vysoká při chlazení Použití: zahušťovadlo, stabilizátor, kuchyňské koření, želé v cukrovinkách, mražené krémy, zlepšuje vaznost těsta, obalování ryb a masa

14 5. substituované škroby (ethery, estery, zesítěné škroby) E1410 fosforečnan monoester (rozpustný za studena, vysoká vaznost vody kečupy, pomazánky, majonézy, zmrzliny) E1450 okternylsukcinát, ester (zahušťovadlo masný průmysl, nahrazení žloutků, pekárenství vytváří elasticitu těsta, povrchy odpuzující vodu) E1440 hydroxypropyl škrob zahušťovadlo, stabilizátor (ether) E1412 fosforečnanový diester, zesítěný škrob rozpustné buď za tepla nebo studena (paštiky, džemy) E 1422 Acetylovaný škrobový adipát E 1442 Hydroxypropylether fosfát 6. hydrolyzáty škrobu Škrobové sirupy, glukosa, maltosa Použití: 50 % potravinářský průmysl (mlékárenství jogurty, pekárenství, masný průmysl, konzervárenství Glukosové, fruktosové sirupy (kyselá, enzymová hydrolýza), různý DE Glukoso-fruktosové sirupy (glukosoisomerasa) HFCS = isoglukosa (číslo obsah fruktosy) Fruktosa nutriční hodnota a pověry s ní spojené Vliv technologických operací na vlastnosti a kvalitu škrobu uplatnění moderních procesů Zpracování škrobových sirupů (hydrolýza škrobu na glukosu a isomerace glukosy na fruktosu pomocí enzymů) UF - separace a koncentrování enzymů - dají se znovu použít. Rafinace hydrolyzátů - čištění, odbarvování, odstranění tuku (kukuřičné sirupy), bílkovin, koloidních částic, suspendovaných částic. Čištění odpadních vod Membránový reaktor - výroba HFCS (high fructose corn syrups) Dutá vlákna (hollow fibres ) -amylasa a glukoamylasa přidány do substrátu a filtrovány Nevýhody tradiční (vsádkové) výroby: nízká výtěžnost vysoké objemy reakčních směsí (vysoké investiční náklady) variabilita produktu vsádka od vsádky nízké využití enzymu

15 Schéma výroby škrobových sirupů (Zdroj: Cheryan M., Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic Pub. Co., 1998) Membránové reaktory

16 (Zdroj: Paolucci-Jeanjean D. et al. (1999): Starch/Stärke 51, No. 1, pp ) 4. ČOKOLÁDA Historie Sloţení čokolády z hlediska výţivy Kakao pozitivní vliv na prevenci srdečních onemocnění a možná některých druhů rakoviny Čokoláda vysoká energetická hodnota (polárnící, průzkumnící, vojáci) Obsahuje všechny základní živiny: cukry, tuky, proteiny (ne v ideálním poměru) Tuky v čokoládě kakovém másle (Zdroj: The Science of Chocolate, Stephan T. Beckett, 2008, The Royal Society of Chemistry, Cambridge): 34 % stearová kyselina (minimální vliv na produkci cholesterolu) 34 % kyselina olejová (snižuje hladiny cholesterolu v krvi) 27 % palmitová kyselina (nasycená mastná kyselina zvyšuje hladinu cholesterolu v krvi) Sacharidy v čokoládě tvoří až polovinu hmotnosti čokolády Sacharosa (přidaná) Laktosa (z mléka) Někdy glukosa (přidává se pro snížení sladké chuti) Polysacharidy vláknina z kakaa

17 Bílkoviny Přidané mléčné bílkoviny mají větší nutriční význam než ty, které jsou přítomny v kakau. Další látky Polyfenoly Tanin (barva a chuť čokolády) ale také antibakteriální a anti-enyzmatické účinky Flavanoly (epikatechin, katechin, prokyanadin) - antioxidanty Antioxidační látky co to je? Obsah antioxidantů se vyjadřuje pomocí hodnot ORAC oxygen radical absorbing capacity ORAC některých potravin (Zdroj: Julie Pech, The Chocolate Therapist, John Wiley & Sons, New Jersey 2010) Potravina jednotky ORAC na 100 g Kakaový prášek (nezpracovaný Holandským způsobem) Acai bobule Hořká čokoláda Mléčná čokoláda Sušené švestky Červené víno (100 ml) Granátové jablko Hrozinky Borůvky Ostružiny Kapusta Brusinky Jahody Špenát Maliny Pomeranče 750 Hroznové víno modré 739 Paprika červená (kapie) 710 Alkaloidy Theobromin Kofein 2-fenylethylamin Anandamid (N arachidonoylethanolamid) Minerální látky Hořčík, železo, měď, vápník (mléčná čokoláda)

18 Čokoláda a pověry s ní spojené: Čokoláda způsobuje akné Čokoláda obsahuje velké mnoţství kofeinu Spotřeba čokolády ve světě (kg/ osobu. rok) (Zdroj: Technologie čokolády a cukrovinek, prof. Jana Čopíková Spotřeba čokolády v ČR (Zdroj: ovlivněna aktuální politickou a sociálně-ekonomickou situací od roku 2000 vzrostla téměř o čtvrtinu dnes průměrně okolo 5,2 kg / rok. obyvatel vzrůstá zájem o kvalitní hořkou čokoládu aktuálně vzrůstající vývoj konzumace čokolády v ČR Adaptogenní vlastnosti čokolády adaptogeny přírodní látky pomáhající organismu překonávat stresující podmínky flavonoidy, methylxanthiny zdrojem kakaové boby

19 obsah v čokoládě přímo úměrný obsahu kakaových součástí zpomalování horšení kognitivních funkcí v pozdějším věku snížení rizika vzniku ischemické choroby srdeční snížení rizika vzniku a rozvoje preeklampsie mírné povzbudivé účinky protektivní antioxidační účinek Druhy čokolád Čokoláda = suspenze kakaové sušiny a sacharosy v kapalné fázi (kakaové máslo) Bílá čokoláda neobsahuje kakaový prášek (pouze kakaové máslo), tj. ani žádné antioxidanty Tmavá čokoláda (obsah kakaa víc než 60 %) pozitivní vliv na zdraví, ostatní diskutabilní Mléčná čokoláda obsahuje mléčné bílkoviny Další členění: bez přísad, s přísadami, na vaření, plněná Sloţení čokolád - nutrienty (Zdroj: The Science of Chocolate, Stephan T. Beckett, 2008, The Royal Society of Chemistry, Cambridge) Typ: Hořká Mléčná Bílá Energie (kcal) Bílkoviny (g) Cukry (g) Tuk (g) Vápník (mg) Hořčík (mg) Ţelezo (mg) 3 2 0,2 Sloţení čokolád sloţky (Zdroj: Technologie čokolády a cukrovinek, prof. Jana Čopíková) Obsah sloţek: Hořká Mléčná Bílá Horká a la taza Kakové máslo Tuku prostá 14 2,5-14 kakaová sušina Celková kakaová sušina Mléčný tuk - 3,5 3,5 - Celkový tuk Mléčná sušina Mouka/škrob max. 8

20 Srovnání sloţení čokoláda čokoládová poleva (Zdroj: Technologie čokolády a cukrovinek, prof. Jana Čopíková) Vliv technologických operací na kvalitu čokolád Faktory ovlivňující kvalitu čokolády a čokoládových cukrovinek: 1. Kvalitní kakaové boby 2. Homogenní pražení 3. Dokonalé zjemňování 4. Dostatečná doba výkonného konšování 5. Dokonalá temperace 6. Skladování kolem C Technologické schéma výroby čokolády (Zdroj: Technologie čokolády a cukrovinek, prof. Jana Čopíková)

21 Válcování Válcovací stolice zjemňování a změna konzistence čokoládové hmoty, chlazení válců na C Konšování: mléčná čokoláda: 24 h, C hořká čokoláda: 48 h, C Fáze: suché konšování (6-12 h) tekuté konšování (10 h) homogenizace Účinek: úplná homogenizace snížení viskozity snížení obsahu nižších mastných kyselin (kyselina octová) vytvoření typické čokoládové chuti Temperace krystalizace kakaového másla

22 5. CHEMICKÉ ZMĚNY PŘI ZAHŘÍVÁNÍ SACHARIDŮ Zahřívání potravin: Maillardovy reakce karamelizace oxidace lipidů tvorba heterocyklických aminů, nitrosaminů a polycyklických aromatických uhlovodíků tvorba akrylamidu a 5-hydroxymethyl furfuralu (HMF) Karamel (E 150) Výroba: Řízené (tlak a teplota) zahřívání cukrů s přídavkem dalších látek (např. aminokyseliny, organické kyseliny obsahující dusík) Barvivo Celá řada látek 5-hydroxymethyl furfural (HMF) Produkt Maillardových rekcí nebo karamelizace (dehydrogenace sacharidů při zahřívání, kyselé ph, přítomnost N) V čerstvých potravinách se prakticky nevyskytuje Nachází se: med, UHT mléko, ovocné džusy, ocet, džemy, sušenky, pečivo, alkoholické nápoje, pražená káva, sušené ovoce Testuje se jeho možná karcinogenita Ve vysokých koncentracích je cytotoxický, dráždí sliznice, oči, horní cesty dýchací Nebylo prokázáno, že představuje potenciální zdravotní riziko (příjem v potravě, 5 10 mg/den, je daleko nižší než povolená denní dávka) Hlavní riziko je jeho přeměna na SMF sulfoxymethyl furfural (v buňkách) mutagenní Vliv technologie na obsah HMF: - nízké ph při výrobě pečiva nižší obsah HMF

23 Obsah HMF ve vybraných potravinách (mg/kg) (Zdroj: Capuano E., Fogliano V. (2010): Acrylamide and 5-hydroxymethylfurfural (HMF): A review on metabolism, toxicity, occurrence in food and mitigation strategies. LWT - Food Science and Technology 44, ) Potravina Obsah HMF (mg/kg) Káva Čekanka Slad Ječmen Med Pivo Džem Ovocné džusy Červené víno Sušenky Chléb (bílý) Müsli (cereálie) Sušené ovoce Dětská strava. (obsahující obiloviny) Akrylamid Obsah akrylamidu ( g/kg) ve vybraných potravinách (Zdroj: Capuano E., Fogliano V. (2010): Acrylamide and 5-hydroxymethylfurfural (HMF): A review on metabolism, toxicity, occurrence in food and mitigation strategies. LWT - Food Science and Technology 44, ) Potravina Průměrný obsah ( g/kg) Maximální mnoţství ( g/kg) Sušenky Chléb Müsli (cereálie) Dětská strava (obsahující obiloviny) Káva Hranolky Chipsy (bramborové) Doma uvařené bramborové jídlo Snížení obsahu akrylamidu strategie (většinou ve fázi pokusů a studií, laboratorní a poloprovozní měřítko)

24 2002 Švédsko objevili tuto sloučeninu v potravinách, u kterých dochází k zahřívaní sacharidů (chipsy, káva a chléb), teploty nad 100 C Toxicita neurotoxin (velmi reaktivní) Toxický v dávkách mg/kg (ale možná kumulace v organismu) Možný karcinogen Odhadovaný denní příjem v potravě: g/kg tělesné váhy (obecná populace) (Zdroj: TheWorld Health Organization) 6. MODERNÍ POSTUPY PŘI ZPRACOVÁNÍ NÁPOJŮ PIVO, VÍNO Použití membránových separací Reverzní omóza (technologie vína) Ultrafiltrace (pivovarství, výroba vína) Pervaporace (nealkoholická piva) Ultrafiltrace (UF) přečištění moštu před fermentací (= odstranění koloidů, vysokomolekulárních taninů, polysacharidů, zákalu, proteinů, suspendovaných pevných látek, polyfenolů, mikroorganismů) UF vína i piva zvýšení stability produktu (nahrazení svíčkových filtrů, filtrace s křemelinou) Mikrofiltrace (MF) Cross-flow filtrace mladiny (doplněk k vířivým kádím) MF po fermentaci (= odstranění kvasinek, náhrada svíčkových filtrů a filtrace s křemelinou) (Zdroj: Cheryan M., Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic Pub. Co., 1998)