Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Fakulta potravinářské a biochemické technologie Technická 3. 166 28 Praha 6 Principy úchovy potravin, metody konzervace potravin Ústav konzervace potravin Budova B, II. patro, http://www.vscht.cz/ktk/www_324/ Ústav konzervace potravin Principy úchovy potravin Skladování čerstvého ovoce a zeleniny Chladírenské a mrazírenské skladování potravin Zpracování ovoce a zeleniny Technologie masa Balení potravin Systémy řízení jakosti a zdravotní nezávadnosti Zpracování odpadů z potravinářských výrob Konzervárenská mikrobiologie Detekce falšování potravin Kvalita a zdravotní nezávadnost potravin Vývoj nových výrobků 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 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 Maso Ovoce Zelenina Žádoucí Posmrtné změny Posklizňové dozrávání Nežádoucí PSE DFD Anaerobní dýchání Poškození chladem Barva Chuť a vůně Konzistence 1
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 grapefruit 7 krabacení, prohlubně na povrchu, vodnatění, vnitřní hnědnutí mango 10 vnitřní tmavnutí čerstvé olivy 7 vnitřní tmavnutí 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 Rozdělení enzymových změn potravin Skupina enzymů lipoxygenasy, lipasy a proteasy pektolyticke a celulolyticke enzymy polyfenoloxidasy, chlorofylasa a částečně peroxidasa Důsledky změn 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) Enzymové hnědnutí potravin 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) askorbatoxidasa, thiaminasa, polyfenoloxidasy snížení nutriční hodnoty (rozklad vitamínu, snížení stravitelnosti bílkovin) Chemické změny 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 Často limitující faktor pro skladovatelnost potravinářských výrobků Autooxidace tuků Degradační reakce barviv Změna barvy Snížení nutričních vlastností Vznik toxických produktů (karcinogenní, teratogenní) 2
Chemické změny Komplex reakcí neenzymového hnědnutí (reakce aminosloučenin s redukujícími cukry, karbonylovými látkami, fenoly a dalšími složkami potravin) negativní i pozitivní důsledky (pražení kávy, pečení masa ) změny barvy (tvorba hnědých produktů), změny vůně a chuti (vznik senzoricky aktivních složek) Oxidační reakce autooxidace tuků snížení nutriční hodnoty potraviny žluklá chuť a vůně tvorbou těkavých látek s charakteristickým zápachem (žluklá, po rybách apod.). Degradační reakce barviv Reakce fenolů s ionty kovů Vzniku zdravotních rizik prostá kontaminace potravin toxickými látkami vzniku toxických látek během zpracování a skladování potravinářských surovin a potravin. Nitrosaminy (aninokyseliny + dusitany), polyaromatických uhlovodíku (uzení), degradačních produktů přepalovaných tuků ve fritézách, 3-chlorpropandiol (kyselá hydrolýza bílkovin) Mikrobiologické změny nejvýznamnější změny možné ohrožení zdraví konzumenta o snížení nutriční a senzorické hodnoty potraviny o znehodnocení potraviny o Mikroorganismy působící kažení potravin - změna vůně, barvy nebo konzistence potravin, nemusí být nutně škodlivé pro člověka. o Mikroorganismy jako původci onemocnění např. patogenní bakterie - infekční dávka o Mikroorganismy vytvářející toxiny (jedy) - nemusí nevykazovat žádnou změnu vůně, chuti nebo vzhledu Mikrobiologické změny Míra kontaminace = počet mikroorganismů ovlivňuje rychlost zkázy Infekční dávka Kontaminace Pomnožení Přežití Všeobecně o mikroorganismech Bakterie Kvasinky Plísně mikroorganismy s žádoucím účinkem mikroorganismy s nežádoucím (škodlivým) účinkem Mikrobiologické změny Spory bakterií Ochranný orgán vytvořený pro přežití nepříznivých podmínek (chlad, teplo, kyselost) Po zlepšení podmínek spora vyklíčí stane se z ní opět vegetativní buňka- množení, produkce toxinů Spory schopné přežít teplotu varu vody Sporulující bakterie citlivé na ph ph nižší než 4 spory nevyklíčí pro kyselé potraviny stačí pasterace možná kontaminace ještě před zpracováním (botulotoxin z jahodového kompotu) Výjimky: Alicyclobacillus acidoterrestris Sterilace pro nekyselé potraviny Růstová křivka mikroorganismů 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 Počet bakterií 1 2 3 4 čas čas 3
Faktory ovlivňující růst mikroorganismů Dostupnost živin Dostupnost živin Teplota Obsah vody v potravině aktivita vody a w ph potraviny Redox potenciál 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 Teplota 0 C Sterilace Destrukce bakteriálních spór Pasterace Destrukce většiny bakterií Zóna růstu patogenních bakterií Chladírenské zpracování Zmrazování Hluboké zmrazování Inaktivace mikroorganismů teplem faktory ovlivňující průběh termosterilace Vlastnosti mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Výchozí koncentrace mikroorganismů Doba působení teploty Vlastnosti mo 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 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 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 mikroorganismy se nerozmnožují, nerostou, přežívají po dlouhou dobu 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) hodnota a w nezbytná pro růst: bakterie > 0,91 kvasinky > 0,87 plísně > 0,70 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
ph prostředí mezní hodnota ph 4,0 hranice pod kterou neklíčí spory sporulující bakterie Bacillus coagulans Potraviny kyselé ph < 4 Potraviny málo kyselé ph > 4 ph Minimální a maximální hodnoty zjištěné pro různé potraviny Zelenina 4,9 7,5 Mléčné výrobky 5,5 8,5 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. Konzervační metody R - intenzita rozkladu potraviny četnost MO. odolnost MO R = ---------------------------------------------- odolnost potraviny Není absolutní konzervační metoda, část mikroflóry potlačí, část podpoří 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 5
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 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 10000 atm) po dobu několika minut, při kterém dojde k usmrcení mikroorganismů. Potraviny konzervované tepelným zákrokem Blanšírování Pasterace Sterilace Frakcionovaná sterilace (tyndalace) Praktická sterilita Absolutní sterilita 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 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 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. 6
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. 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 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 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) 7
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 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 kyselé potraviny oxid siřičitý, siřičitany (E220-E228) kyselina benzoová (211-213) kyselina sorbová (E200 E203) Parabeny, estery kyseliny parahydroxybenzoové (E209, E214-219) Další konzervanty E 249 E252 (dusitany, dusičnany) E284 - Kyselina boritá pouze kaviár E 280 E 283 propionová kyselina Chemická konzervovadla Požadavky : účinek při nízkých koncentracích neškodnost lidskému zdraví bez vlivu na senzorické vlastnosti potraviny bez příměsí (těžké kovy, meziprodukty z výroby apod.) Uzení Komplexní konzervační zákrok: chemoanabióza - produkce fenolů, formaldehydu, acetaldehydu, kyseliny octové a dalších látek v kouři, kondenzace na povrchu masa, difuze dovnitř. Uzení je způsob ošetření potravin, kdy do výrobku přechází z udícího média produkty pyrolýzy dřeva. U výrobků s vyšším obsahem tuku působí složky kouře antioxidačně, čímž omezují žluknutí. 8
Antibiotika Metabolity např. bakteriociny, bílkoviné produkty metabolismu bakterií, které brzdí jiné mikroorganismy. sakacin (Lactobacillus sake), nisin (Lactococcus lactis, ssp.lactis) pediocin AcH (Pediococcus acidilactici) natamycin (pimaricin) (Streptomyces natalensis) Použití bakteriocinů nebo mikroorganismů produkujících bakteriociny může potlačit např. Listeria monocytogenes. Nevýhody úzké spektrum účinnosti a pomalá difuse, inaktivace během skladování masa, destrukce proteázami a možnost selekce resistentních mutantů. Fytoncidy Allicin - vznikající z aminokyseliny alliinu v mechanicky porušených česnekových cibulích. Allylisothiokyanatan -myrosinasou ze sinigrinu (hořčice, zelí, křen) Isothikyanatany - hořčice, brukvovité, křen Fytoncidy koření Skořicový aldehyd Anethol (fenykl, anýz) Linalool (např. koriandr) Citrusové silice Silice z koření (oxilabilní) Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Biologická úprava potraviny (cenoanabiosa) Konzervace kvašením sacharidů alkoholické kvašení mléčné kvašení Konzervace proteolýzou Ochranné kultury Bakteriofágy Kombinace jednotlivých faktorů tzv. překážkový efekt Účinek jednotlivých parametrů se sčítá Obsah živin ph aw Teplota Význam jednotlivých překážek závisí na složení potraviny a vlastnostech mikroorganismu Obsah živin ph aw Teplota 9