CHEMIE POTRAVIN - cvičení ÚVOD & VODA
ZÁPOČET Podmínka pro získání zápočtu = úspěšné zvládnutí testů TEST #1: Úvod, Voda, Minerální látky TEST #2: Aminokyseliny, Peptidy, Bílkoviny a jejich reakce TEST #3: Lipidy a jejich reakce TEST #4: Sacharidy a jejich reakce TEST #5: Vitaminy 2
ZÁPOČET Počet otázek v testu: 10 Maximální počet bodů za otázku: 10 Maximální počet bodů za test: 100 Počet bodů pro úspěšné zvládnutí testu: 41 Možnost dvou oprav každého zápočtového testu 3
ZKOUŠKA Písemná a ústní část Zkouškový test: 10 otázek (každá za 10 bodů) Výsledek 41 ÚSTNÍ ZKOUŠKA Výsledek < 41 OPAKOVANÝ POKUS Pokud se jedná o třetí pokus, následuje ústní zkouška bez ohledu na výsledek testu 4
ZKOUŠKA MOTIVAČNÍ PROGRAM Pokud student napíše všech 5 zápočtových testů nad 80 bodů, nemusí absolvovat písemnou část zkoušky a jde přímo ke zkoušce ústní Pro splnění tohoto kritéria má student k dispozici 2 opravy (celkem, ne pro každý test) 5
VODA FÁZOVÝ DIAGRAM VODY AKTIVITA VODY & SORPČNÍ IZOTERMY TEPLOTA SKELNÉHO PŘECHODU DISPERSNÍ SOUSTAVY
FÁZOVÝ DIAGRAM T - p solid Křivka tání liquid Zobrazení závislostí stavových veličin termodynamické soustavy KRITICKÝ BOD (374 C, 22 MPa) Mizí rozdíl mezi kapalinou a párou, T>Tkrit nemůže látka existovat v kapalném skupenství (plyn již nelze stlačováním zkapalnit) Křivka nasycených par Sublimační křivka TROJNÝ BOD (0,01 C, 610,6 Pa) gas Mohou existovat všechna skupenství současně
AKTIVITA VODY Celkový obsah vody neurčuje odolnost potraviny vůči mikroorganismům či rychlost kterou probíhají biochemické a chemické reakce v potravině Důležitým faktorem je dostupnost vody, která souvisí s interakcemi vody se složkami potraviny - sílou chemických a fyzikálních vazeb vody na složky potravin, přítomností rozpuštěných látek. MÍROU DOSTUPNOSTI VODY V POTRAVINĚ JE AKTIVITA VODY a w (z angl. water availability) 7
AKTIVITA VODY Aktivita je definována jako poměr parciálního tlaku vodní páry nad potravinou ku parciálnímu tlaku vodní páry čisté vody za určité teploty Je-li potravina v rovnováze s okolním vzduchem je aktivita vody stejná jako rovnovážná relativní vlhkost vzduchu (φ) a w = p w p w 0 = φ 100 nw = nw + ns a w = <0;1> φ = 0 100 % nw počet molů vody ns počet molů rozpuštěných látek 8
Relativní rychlost růstu AKTIVITA VODY NÁCHYLNOSTI POTRAVINY VŮČI MIKROBIÁLNÍM ZMĚNÁM PLÍSNĚ KVASINKY BAKTERIE Množství vody dostupné pro mikroorganismy AKTIVITA VODY JE URČUJÍCÍM FAKTOREM ÚDRŽNOSTI POTRAVINY 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) 10
AKTIVITA VODY Aktivita vody při konstantním obsahu vody roste se zvyšující se teplotou; Při konstantní aktivitě vody zvýšením teploty uvolňování vody. (balené ovoce a zelenina respirace kondenzace vody; balené maso uvolňování vody) AKTIVITA VODY JE URČUJÍCÍM FAKTOREM ÚDRŽNOSTI POTRAVINY
Relativní rychlost AKTIVITA VODY RYCHLOST PRŮBĚHU REAKCÍ V POTRAVINÁCH ENZYMOVÁ AKTIVITA MAILLARDOVA REAKCE AUTOOXIDACE LIPIDŮ Množství vody dostupné pro chemické reakce 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) 11
SORPČNÍ IZOTERMY Sorpční izoterma dané potraviny vyjadřuje závislost obsahu vody na její aktivitě V potravinářství izotermy BET (I V) (Brunauer-Emmett-Teller) Různý tvar sorpčních izoterem v závislosti na: fyzikální mikro- a makrostruktuře kvalitativním a kvantitativním chemickém složení distribuci chemických složek Sorpční izotermy umožňují jednoduše určit obsah vody v potravině při kterém lze minimalizovat vlivy negativně působící na kvalitu potraviny 12
g vody / g sušiny SORPČNÍ IZOTERMY POTRAVINA S VYSOKÝM OBSAHEM VODY 10 8 6 4 50% 2 BET typ I 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) 13
g vody / g sušiny g vody / g sušiny MONOMOLEKULÁRNÍ adsorbce VÍCEVRSTVÁ (POLYMOLEKULÁRNÍ) adsorbce KAPILÁRNÍ KONDENZACE SORPČNÍ IZOTERMY POTRAVINA S VYSOKÝM OBSAHEM VODY 10 25% 0,5 8 0,4 6 0,3 4 BET typ I 12,5% 0,2 2 0,1 50% 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) 13
Obsah vody (%) SORPČNÍ IZOTERMY POTRAVINA S NÍZKÝM OBSAHEM VODY 60 50 40 30 20 10 Např. SUŠENÝ BÍLKOVINNÝ HYDROLYZÁT Silně hygroskopický materiál Malá změna aw (resp. relativní vlhkosti vzduchu) způsobí značný nárůst obsahu vody v materiálu Hygroskopický udržující, pohlcující vlhkost 0 0 BET typ III 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) 16
Obsah vody (%) SORPČNÍ IZOTERMY POTRAVINA S NÍZKÝM OBSAHEM VODY 60 50 SUŠENÝ BÍLKOVINNÝ HYDROLYZÁT: Silně hygroskopický materiál 40 30 MLETÁ PRAŽENÁ KÁVA: Méně hygroskopický materiál 20 10 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) 18
g vody / g sušiny SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze Při stejném obsahu vody mají potraviny jinou aktivitu v závislosti na tom zda potravina vodu sorbuje nebo desorbuje = hystereze 0,5 0,4 DESORPČNÍ IZOTERMA ABSORPCE - při stejném obsahu vody je aktivita vody vyšší 0,3 DESORPCE při stejném obsahu 0,2 vody je aktivita vody nižší 0,1 0 0 ABSORPČNÍ IZOTERMA 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (a w ) Nastává v oblasti, kde se uplatňuje kapilární kondenzace 14
SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze Hystereze je teoreticky termodynamická nemožnost, neboť a w je stavová veličina, je funkcí tlaku a teploty, tudíž její určité hodnotě by měla odpovídat pouze jedna rovnovážná vlhkost Důvody vzniklých rozdílů: struktura kapilár a pórů, jež v důsledku nestejných průřezů jinak přijímají a jinak uvolňují vlhkost povrchová tenze, jež může způsobovat vyšší vlhkost při desorpci přítomnost rozpustných cukrů a solí ve vlhkém materiálu
SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze Důvody vzniklých rozdílů: Nastává, jestliže vyprazdňování pórů probíhá jinak než jejich zaplňování Z tvaru smyčky usuzovat na rozměry a tvar pórů struktura kapilár a pórů, jež v důsledku nestejných průřezů jinak přijímají a jinak uvolňují vlhkost povrchová tenze, jež může způsobovat vyšší vlhkost při desorpci přítomnost rozpustných cukrů a solí ve vlhkém materiálu
Generátor izotermy, měřič aktivity vody Kapesní měřič aktivity vody
DISPERSNÍ SOUSTAVY Potravinářská dispersní soustava = dispersní prostředí (spojité) + dispersní podíl (nespojitý) MONODISPERSNÍ roztoky nízkomolekulárních látek (solí, aminokyselin, monosacharidů, oligosacharidů; dispersní podíl jsou látky velmi podobné velikosti; POLYDISPERSNÍ roztoky makromolekulárních látek, pro charakterizaci se používá střední relativní molekulová hmotnost; HOMOGENNÍ dispersní prostředí a dispersní podíl tvoří jednu fázi; HETEROGENNÍ dispersní prostředí a dispersní podíl netvoří jednu fázi, existuje fázové rozhraní;
DISPERSNÍ SOUSTAVY ANALYTICKY DISPERSNÍ velikost částic menší než 1 nm, snadno difundují a pronikají membránami (dialyzují), intenzivní tepelný pohyb a vysoký osmotický tlak; homogenní soustavy, pravé roztoky; KOLOIDNĚ DISPERSNÍ velikost částic je 1 až 1000 nm, pomalá difúze, částečná dialýza, vykonávají tepelný pohyb a vyvolávají měřitelný osmotický tlak; MICELÁRNÍ KOLOIDY přechod mezi analyticky dispersní a koloidně dispersní soustavou LYOFILNÍ KOLOIDY homogenní koloidní roztoky LYOFOBNÍ KOLOIDY heterogenní vícefázové d.s. HRUBĚ DISPERSNÍ velikost částic větší než 1000 nm, tepelný pohyb jen do velikosti 4000 nm, nedifundují, nevyvolávají osmotický tlak, vždy heterogenní
DISPERSNÍ SOUSTAVY Disperzní Dispergované částice prostředí plynné kapalné tuhé Typ disperze Plyn déšť, mlha kouř, prach hrubá aerosol aerosol koloidní Kapalina pěna emulze suspenze hrubá pěna emulze lyosol (sol) koloidní Pevná látka tuhá pěna inkluze tuhá směs hrubá tuhá pěna tuhý sol koloidní
VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY SOLY (LYOSOLY) Disperse pevných látek (d. podíl) v kapalinách (d. prostředí) Lyofobní soly jen slabé interakce mezi dispersním podílem a dispersním prostředím, heterogenní Lyofilní soly - silné interakce mezi dispersním podílem a dispersním prostředím, homogenní Účinkem vody dochází k solvataci lyofilních solů a vzniku hydrofilních solů Běžnými hydrofilními soly jsou koloidní roztoky (suspenze) bílkovin a polysacharidů ve vodě
VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY GELY Dvoufázové dispersní soustavy složené z dispersního prostření (= gelotvorná, želírující látka) a dispersního podílu (= voda v síti gelu); Gely vznikají z dostatečně koncentrovaných solů změnou teploty nebo přídavkem solí. Gely proteinů (želatinový gel) Gely polysacharidů, pektiny
VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY EMULZE Dispersní prostředí je kapalina, dispersní podíl je také kapalina (nemísitelná) Heterogenní dispersní soustavy, hydrofobní koloidy Olej ve vodě, voda v oleji Mikroemulze - částice 10-100 nm Makroemulze částice větší než 100 nm - - potravinářsky významné - koalescence shlukování drobných kapek dispersního podílu ve větší, rozdělení na dvě fáze, zpravidla nevratně EMULGÁTORY povrchově aktivní látky snižující povrchové napětí na rozhraní fází, lipofilní část molekuly interaguje s olejem, hydrofylní část s vodou stabilizace emulze (např. fosfolipidy)
VÝZNAMNÉ DISPERSNÍ SOUSTAVY PĚNY Dispersní prostředí je kapalina, dispersní podíl je plyn (CO2) Charakteristická je pro ně pěnivost Disperse plynu např. mechanicky šleháním Tuhá pěna např. zahřátý našlehaný vaječný bílek nebo chladem ztuhlá pěna - zmrzlina Stabilita pěn je vyšší v přítomnosti pěnotvorných činidel (povrchově aktivní látky; hydrofilní skupiny jsou orientovány do vody, hydrofobní do vzduchu)