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
Zobrazení závislostí stavových veličin termodynamické soustavy
Křivka tání
KRITICKÝ BOD (374°C, 22 MPa)
liquid
Mizí rozdíl mezi kapalinou a párou, T>Tkrit nemůže látka existovat v kapalném skupenství (plyn již nelze stlačováním zkapalnit)
solid
Sublimační křivka
Křivka nasycených par
TROJNÝ BOD
gas
(0,01°C, 610,6 Pa) 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
aw
(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)
aw =
pw pw
0
φ
=
nw 100 = nw + ns
aw = <0;1>
φ = 0 – 100 % nw – počet molů vody ns – počet molů rozpuštěných látek
8
AKTIVITA VODY
Relativní rychlost růstu
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 (aw)
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…
AKTIVITA VODY Relativní rychlost
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 (aw)
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 Sorpční izotermy umožňují kvalitativním a kvantitativním chemickém jednoduše určit obsah vody v složení potravině při kterém lze distribuci chemických složek minimalizovat vlivy negativně působící na kvalitu potraviny
12
SORPČNÍ IZOTERMY
POTRAVINA S VYSOKÝM OBSAHEM VODY g vody / g sušiny
10 8 6 4
2
BET – typ I
50% 0
0
0,2
0,4
0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (aw)
13
POTRAVINA S VYSOKÝM OBSAHEM VODY
6
g vody / g sušiny
g vody / g sušiny
8
4
BET – typ I
MONOMOLEKULÁRNÍ adsorbce
25% 0,5
10
0,4 0,3
12,5% 0,2
2
0,1
0
0
50% 0
0,2
0,4
0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (aw)
0
0,2
0,4
KAPILÁRNÍ KONDENZACE
VÍCEVRSTVÁ (POLYMOLEKULÁRNÍ) adsorbce
SORPČNÍ IZOTERMY
0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (aw)
13
SORPČNÍ IZOTERMY
Obsah vody (%)
POTRAVINA S NÍZKÝM OBSAHEM VODY 60
Např. SUŠENÝ BÍLKOVINNÝ HYDROLYZÁT
50
Silně hygroskopický materiál … 40
Malá změna aw (resp. relativní vlhkosti vzduchu) způsobí značný
30
nárůst obsahu vody v materiálu 20
Hygroskopický – udržující, pohlcující vlhkost 10 BET – typ III
0
0
0,2
0,4
0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (aw)
16
SORPČNÍ IZOTERMY
Obsah vody (%)
POTRAVINA S NÍZKÝM OBSAHEM VODY 60
SUŠENÝ BÍLKOVINNÝ HYDROLYZÁT: Silně hygroskopický materiál …
50
MLETÁ PRAŽENÁ KÁVA:
40
Méně hygroskopický materiál …
30 20
10 0
0
0,2
0,4
0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (aw)
18
SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze Při stejném obsahu vody mají potraviny jinou aktivitu v závislosti
g vody / g sušiny
na tom zda potravina vodu sorbuje nebo desorbuje = hystereze
0,5 DESORPČNÍ IZOTERMA
0,4
vody je aktivita vody vyšší DESORPCE – při stejném obsahu
0,3
vody je aktivita vody nižší
0,2 0,1 ABSORPČNÍ IZOTERMA 0
ABSORPCE - při stejném obsahu
0
0,2
0,4
Nastává v oblasti, kde se uplatňuje kapilární kondenzace
0,6 0,8 1,0 Aktivita vody (aw)
14
SORPČNÍ IZOTERMY - hysterze Hystereze je teoreticky termodynamická „nemožnost“, neboť aw 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 Nastává, jestliže vyprazdňování pórů probíhá jinak než jejich zaplňování Z tvaru smyčky usuzovat na rozměry a tvar pórů
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
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 prostředí
Dispergované částice plynné kapalné
tuhé
Plyn
─ ─ pěna pěna tuhá pěna tuhá pěna
kouř, prach aerosol suspenze lyosol (sol) tuhá směs tuhý sol
Kapalina Pevná látka
déšť, mlha aerosol emulze emulze inkluze
Typ disperze hrubá koloidní hrubá koloidní hrubá 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)
