Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Vliv hygroskopických přísad na vodní aktivitu potravin Diplomová práce
Vedoucí diplomové práce:
Vypracovala:
Doc. Ing. Jiří Štencl, DrSc.
Bc. Milena Pospíšilová
Brno 2009
Zadání diplomové práce
Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Vliv hygroskopických přísad na vodní aktivitu potravin vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.
V Brně, dne…………………… Podpis diplomanta…………….
Poděkování Chtěla bych poděkovat Doc. Ing. Jiřímu Štenclovi, DrSc., vedoucímu mojí diplomové práce, za odborné a metodické vedení, konzultace a věcné připomínky k diplomové práci. Dále děkuji své rodině za podporu po celou dobu studia.
Annotation
Theme of the Diploma Thesis is the effect of hygroscopic additives on water activity of food which is an important parameter of food preservation. It has a considerable predicative property in term of prediction of durability, safety and sensory stability of product. The main importance of water activity is attributed to its ability to determine, according to its value, whether microorganisms will reproduce or not. Water activity is defined as ratio of water vapours pressure above food and pure water at constant temperature. Aim of the Diploma Project was monitoring of changes of water activity values measured in samples of dry fermented salami of the Herkules and Paprikáš types depending on time. Also moisture was monitored in the same samples. Aw values were measured through the use of instrument Nowasina AW Sprint. Indirect method in static environs was used for determination of water activity of samples. Moisture of samples was determined in halogen dryer by moisture analyzer HB 43. Obtained values were processed tabularly and graphically and further conclusion was evaluated.
Key words: water activity, salami, moisture, temperature
Anotace Tématem diplomové práce je vliv hygroskopických přísad na vodní aktivitu potraviny, která je důležitým parametrem údržnosti potravin. Má značnou vypovídací schopnost hlediska předpovědi trvanlivosti, zdravotní nezávadnosti a senzorické stálosti výrobku. Hlavní význam aktivity vody je přisuzován její schopnosti určit, dle její hodnoty, zda se budou či nebudou množit mikroorganismy. Aktivita vody je definována jako poměr tlaku vodních par nad potravinou a čistou vodou při konstantní teplotě. Cílem diplomové práce bylo sledovaní změn hodnot vodní aktivity měřené ve vzorcích suchých fermentovaných salámů typu Herkules a Paprikáš v závislosti na čase. U stejných vzorků byla sledována také vlhkost. Hodnoty aw byly měřeny pomocí přístroje Nowasina AW Sprint. Pro stanovení aktivity vody vzorků byla použita nepřímá metoda ve statickém prostředí. Vlhkost vzorků byla stanovována v halogenové sušárně, analyzátorem vlhkosti
HB 43. Získané hodnoty byly zpracovány tabelárně
a graficky a dále z těchto údajů vyhodnocen závěr.
Klíčová slova: vodní aktivita, salám, vlhkost, teplota
OBSAH
1
ÚVOD ........................................................................................................................ 9 1.1 Neúdržné potraviny......................................................................................... 10 1.1.1 Charakteristika masa................................................................................... 10 1.1.2 Složení masa ............................................................................................... 11 1.1.3 Charakteristika masných výrobků .............................................................. 11 1.1.4 Mikrobiální kažení masa............................................................................. 11 1.1.5 Údržnost masa............................................................................................. 11 1.1.6 Změny probíhající v mase a masných výrobcích........................................ 12 1.1.6.1 Změny fyzikální ...................................................................................... 12 1.1.6.2 Změny enzymové.................................................................................... 13 1.1.6.3 Změny chemické..................................................................................... 13 1.1.6.4 Změny mikrobiologické.......................................................................... 14 1.1.7 Konzervace potravin ................................................................................... 14 1.1.7.1 Kombinace faktorů a podmínek zabraňující růstu mikroorganismů zhoršujících jakost potraviny ................................................................................ 14 1.1.7.2 Konzervace potravin kuchyňskou solí .................................................... 16 1.1.7.3 Konzervace potravin přídavkem cukru................................................... 17 1.1.7.4 Konzervace sušením ............................................................................... 18 1.1.7.5 Konzervace uzením................................................................................. 18 1.1.7.6 Konzervace fermentací ........................................................................... 19 1.2 Masné výrobky ............................................................................................... 21 1.2.1 Masný výrobek tepelně neopracovaný ....................................................... 21 1.2.2 Fermentovaný trvanlivý masný výrobek .................................................... 21 1.2.3 Fermentované salámy ................................................................................. 21 1.2.3.1 Rozdělení fermentovaných trvanlivých salámů (JAROŠOVÁ, 2008) ... 21 1.2.4 Suroviny na výrobu fermentovaných salámů ............................................. 22 1.2.4.1 Vliv aktivity povrchové vody na dobu mražení/rozmrazování a odhad úbytku hmotnosti .................................................................................................. 23 1.2.5 Výroba fermentovaných salámů ................................................................. 23 1.2.6 Kažení fermentovaných salámů................................................................. 24 1.2.7 Vliv teploty, aktivity vody, pH a některých antimikrobiálních složek na růst ušlechtilých plísní izolovaných z povrchu fermentovaných masných uzenin ......... 25 1.2.8 Schéma výroby fermentovaných masných výrobků................................... 26 1.3 Sýry................................................................................................................. 27 1.3.1 Definice sýrů............................................................................................... 27 1.3.2 Výroba sýrů................................................................................................. 27 1.3.2.1 Solení sýrů .............................................................................................. 27 1.3.2.2 Zrání sýrů ................................................................................................ 28 2 CÍL PRÁCE ............................................................................................................. 30 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED.......................................................................................... 31 3.1 Aktivita vody .................................................................................................. 31 3.1.1 Význam vodní aktivity................................................................................ 32 3.1.2 Rozdělení potravin dle vodních aktivit....................................................... 34 3.1.3 Vliv teploty na vodní aktivitu ..................................................................... 34 3.1.4 Aw a enzymatická aktivita .......................................................................... 35 3.1.5 Mikroorganismy a aw .................................................................................. 36 3.2 Voda jako prostředí reakcí .............................................................................. 37
4
5
6 7 8 9
3.2.1 Voda v potravinách ..................................................................................... 37 3.2.2 Změny v obsahu vody v potravině.............................................................. 39 3.2.3 Vyjádření obsahu vody v potravinách ........................................................ 39 3.2.4 Vztah vodní aktivity k obsahu vody ........................................................... 40 3.2.4.1 Změny následkem desorpce a absorpce vody......................................... 40 3.3 Sorpční děje .................................................................................................... 42 3.3.1 Sorpční izotermy......................................................................................... 42 3.3.2 Rozdělení sorpčních izoterem..................................................................... 42 MATERIÁL A METODIKA................................................................................... 44 4.1 Materiál ........................................................................................................... 44 4.2 Přístroje........................................................................................................... 44 4.2.1 Přístroj NOVASINA AW SPRINT ............................................................ 44 4.2.2 Analyzátor vlhkosti HB 43 ......................................................................... 45 4.3 Metodika měření ............................................................................................. 46 4.3.1 Stanovení aktivity vody .............................................................................. 46 4.3.2 Stanovení vlhkosti vzorku .......................................................................... 48 4.3.3 Označování vzorků ..................................................................................... 48 4.3.3.1 Příklad kombinace analyzovaného vzorku ............................................. 48 VÝSLEDKY MĚŘENÍ A DISKUZE................................................................... 49 5.1 Tabulka naměřených hodnot vzorků salámů při teplotě 15°C ....................... 49 5.2 Grafická závislost vodní aktivity na čase vzorků salámů při 15 °C .............. 52 5.3 Grafická závislost vlhkosti na čase vzorků salámů při 15 °C....................... 53 5.4 Srovnání průběhů závislostí dle složení vzorků ............................................. 54 5.5 Statistické vyhodnocení metodou nejmenších čtverců ................................... 56 5.6 Komentář uvedených statistických ukazatelů............................................... 58 5.7 Průběh měření vodní aktivity v závislosti na teplotě...................................... 59 ZÁVĚR .................................................................................................................... 61 SEZNAM LITERATURY ...................................................................................... 62 SEZNAM TABULEK............................................................................................. 66 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................ 67
1
ÚVOD Působením mikroorganismů se mění vlastnosti potravin, jejich textura,
konzistence, barva, vzhled, vůně a chuť. To jaké změny v důsledku působení mikroorganismů vzniknou, závisí v převážné míře na jejich fyzikálních a chemických vlastnostech, tedy na jejich vnitřních faktorech. Do těchto se kromě složení potraviny, koncentrace vodíkových iontů- pH, redoxního potenciálu-Eh, řadí i vodní aktivita aw (JURAČKOVÁ, 2005).
Další významný vliv působící na vlastnosti uchovávaných potravin mají tzv. faktory vnější. Jedná se o faktory související se skladováním a uchováváním produktu. Patří sem zejména teplota prostředí, relativní vlhkost vzduchu – RV, složení atmosféry v obale a skladovacím prostoru, čas (GÖRNER, VALÍK, 2004).
Zmíněné vnitřní a vnější faktory ovlivňují druh mikrobiálních změn, stejně tak jejich rychlost a tím trvanlivost potravin (GÖRNER, VALÍK, 2004). Aktivita je tedy významný parametr pro stanovování a predikci potenciálních změn mikrobiální stability potravin. Může být využita pro určení podmínek skladování, balení a také pro výběr ingrediencí (ŠTENCL, KOMPRDA, 2004).
Používání vodní aktivity se stává jedním z významných faktorů při posuzování kvality potravin. Je to vhodné kriterium pro hodnocení a řízení technologických procesů, při kterých se mění obsah vody. Má značnou vypovídací schopnost pro posuzování mikrobiologických a enzymatických pochodů z hlediska předpovědi trvanlivosti, zdravotní nezávadnosti a senzorické stálosti výrobku (BARTL, 2003).
V každé potravině, maso a masné výrobky nevyjímaje, je určitá mikroflóra, která při působení nevhodných skladovacích podmínek může negativně ovlivnit zdravotní nezávadnost potraviny. Cílem je zabránit množení této přirozeně se vyskytující vegetace a znemožnit tak nežádoucí senzorické změny potravin a zajistit zdravotní nezávadnost těchto produktů. Je tedy zřejmé, že pro udržení požadované
9
kvality všech látek určených ke konzumaci, musíme vytvořit optimální podmínky pro existenci potraviny a tím zamezit pomnožení mikroorganismů. I když samotné působení jednotlivých faktorů (aW, pH, relativní vlhkost vzduchu, teplota) není dostačující na zabránění růstu a metabolismu mikroorganismů zhoršující jakost potraviny, může kombinace více, či méně, intenzivně působících faktorů způsobit optimální konzervaci potraviny (GÖRNER, VALÍK, 2004).
V praxi snižujeme hodnotu vodní aktivity působením různých faktorů a tak jejich vzájemným působením zhoršujeme životní podmínky mikroorganismů a po určité době působení těchto, pro ně negativních vlivů, může dojít až k jejich smrti, tzv. plazmolýze. Tohoto stavu je dosaženo přídavkem hygroskopické přísady – např. kuchyňské soli ( KYZLINK, 1988 ).
1.1 Neúdržné potraviny Potravinami se podle zákona o potravinách 110/1997 Sb rozumí látky určené ke spotřebě člověkem v nezměněném nebo upraveném stavu jako jídlo nebo nápoj, nejde o léčiva a omamné nebo psychotropní látky. Za potravinu se podle zákona považují i látky přídatné, látky pomocné a látky určené k aromatizaci, které jsou určeny k prodeji za účelem konzumace. Některé potraviny jsou z hlediska onemocnění z potravin rizikovější jiné méně. Je nutné si uvědomit, že neúdržné potraviny určené k přímé spotřebě se řadí k potravinám s vysokým rizikem alimentárního onemocnění v důsledku možné křížové kontaminace nebo nevhodného zpracování a skladování. Za neúdržné potraviny považujeme takové potraviny, které pozvolna nebo rychleji podléhají nežádoucím změnám.
1.1.1
Charakteristika masa
Masem se rozumí části těl jatečně poražených a nebo zabitých zvířat v čerstvém nebo upraveném stavu, které jsou vhodné pro výživu lidí. Pojmem maso se rozumí svalovina s kostí nebo bez nich, zbavená tukové a vazivové tkáně (GÖRNER, VALÍK, 2004).
10
1.1.2
Složení masa
Tab.1.1 Chemické složení masa Chemická látka
obsah v %
voda
70 - 75
bílkoviny
18 - 22
tuky
2-3
sacharidy
0,5 - 1
minerální látky
1 - 1,5
dusíkaté látky
1,7
bezdusíkaté látky
0,9 - 1
1.1.3
Charakteristika masných výrobků
Technologicky opracovaný výrobek obsahující jako převažující základní surovinu maso, o jehož použitelnosti bylo rozhodnuto podle zvláštního právního předpisu (JAROŠOVÁ, 2008).
1.1.4
Mikrobiální kažení masa
Maso je na základě svého chemického složení, fyzikálních vlastností a velkého obsahu vody ideální živnou půdou pro mikroorganismy. Proto je náchylné na kažení a častou příčinou chorob z potravin mikrobiálního původu. Preventivním opatřením, ve snaze co nejvíc prodloužit jeho trvanlivost, je potřebné co nejúčinněji zabránit jeho primární kontaminaci a vhodným uchováváním zabránit jeho sekundární kontaminaci (GÖRNER, VALÍK, 2004).
1.1.5
Údržnost masa
Hlavní příčinou kažení masa je povrchová mikrobiální kontaminace. Důsledkem této kontaminace je tvorba esterů ovocné, sladké chuti následovaná tvorbou hnilobných 11
sirných sloučenin. Hlavním bakteriálním kontaminantem je rod Pseudomonas. Hnilobný zápach vzniká rozkladem proteinů a aminokyselin působením anaerobních bakterií. Těkavé produkty tohoto rozkladu zahrnují indol, metanthiol, dimethylsulfid a čpavek. Patogenní mikroorganismy nejčastěji způsobující kontaminaci drůbežího masa: Salmonella spp., Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes (KOMPRDA, 2000).
Základním předpokladem zdravotní nezávadnosti je vždy důsledná hygiena. Je několik možností, jak zamezit vyšším mikrobiálním četnostem ve výrobku (PIPEK, BRYCHTA, 2003):
•
omezení vstupu zdraví poškozujících mikroorganismů do potraviny
•
odstraněním mikroorganismů z potraviny vhodným způsobem (pasterace, sterilace)
•
omezením růstu mikroorganismů ve výrobku (aw , pH, vhodné balení, teplota skladování)
1.1.6
Změny probíhající v mase a masných výrobcích
Během celého cyklu zpracování podléhají potravinářské materiály komplexním změnám, které zahrnují: změny fyziologické, enzymové, chemické, mikrobiologické (VOLDŘICH, 2001).
1.1.6.1 Změny fyzikální
Fyzikální změny se uplatňují v mase po porážce a navazují na fyziologické procesy, které probíhají v živých živočišných tkáních, při jejich narušení podmínkami zpracování a skladování. Nežádoucí fyziologickou změnou je například nesprávný průběh posmrtných změn v mase po porážce v důsledku špatného zacházení se zvířetem, či samotného zacházení s masem po porážce (VOLDŘICH, 2001).
12
Zrání masa
Hodnota pH masa živého zvířete bývá okolo 7,0. Po porážce se přeruší přívod kyslíku a dochází k anaerobnímu štěpení glykogenu. Vzniká přitom kyselina mléčná, která způsobuje po dobu prvních 24 hodin po porážce při chladnutí pomalé klesání hodnoty pH na 5,8 až 5,3. Konečná hodnota je závislá na druhu masa a teplotě chlazení (GÖRNER, VALÍK, 2004). S klesající hodnotou pH se rovněž snižuje schopnost masa vázat vodu, pH se blíží k izoelektrickému bodu masových bílkovin (LÓPEZ DÍAZ et al., 2002). Po spotřebě glykogenu klesá i obsah adenosin-tri-fosfátu (ATP). Aktinové a myosinové můstky se filamenty se ireverzibilně navzájem spojují, svalovina ztrácí pružnost, svalovina víc tuhne a přechází do stavu posmrtné ztuhlosti, tzn. rigor mortis (GÖRNER, VALÍK, 2004).
1.1.6.2 Změny enzymové
Rozdíl mezi fyziologickými a enzymovými změnami, je ve stupni narušení tkání. Jedná se o dílčí reakce katalyzované enzymy, případně extracelulárními enzymy produkovanými přítomnou mikroflórou. Obvykle se enzymové změny uplatní po mechanickém rozrušení homogenní struktury tkání (např. pomalé zmrazování vlivem tvorby velkých krystalů ledu). Enzymové procesy jsou přerušeny inaktivací enzymů, nejčastěji záhřevem (VOLDŘICH, 2001).
1.1.6.3 Změny chemické
Na změnách potravin během zpracování a skladování se podílí také vzájemné chemické reakce všech složek potraviny, kterých se účastní také produkty fyziologických a enzymových procesů, látky přicházející do potraviny zvenčí (kyslík, složky obalů, kontaminující látky apod.), a také produkty metabolizmu přítomných mikroorganismů. Nejvýznamnější chemickou změnou potravin jsou tzv. reakce neenzymového hnědnutí, které zahrnuje široký komplex reakcí aminosloučenin s redukujícími cukry, karbonylovými látkami, fenoly a dalšími složkami potravin. Důsledkem reakcí jsou změny vůně a chuti (vznik senzoricky aktivních složek). Při zpracování a skladování potravin mají reakce neenzymového hnědnutí spíše negativní 13
důsledky, avšak při některých operacích jako je, pečení, kulinární úpravy masa apod. umožňují dosáhnout očekávaných senzorických vlastností produktu.
Další skupinou obvykle nežádoucích chemických změn během zpracování a skladování potravin jsou oxidační reakce, zejména autooxidace tuků. Důsledkem změn, kterým podléhají zejména nenasycené mastné kyseliny, je opět snížení nutriční hodnoty, a také žluklá chuť a vůně tvorbou těkavých látek s charakteristickým zápachem. Chemické změny jsou často faktorem, který limituje skladovatelnost potravinářských produktů (VOLDŘICH, 2001).
1.1.6.4 Změny mikrobiologické
Mikrobiologické změny jsou z hlediska důsledků (potenciální ohrožení zdraví konzumenta, snížení nutriční a senzorické hodnoty potraviny, znehodnocení potraviny) nejvýznamnějšími změnami, ke kterým v potravinách během zpracování a skladování dochází. Součástí každého technologického zpracování je vždy konzervační zákrok, který zastaví nebo zpomalí nežádoucí růst mikroorganismů, případně usmrtí ty formy, které by se za podmínek skladování mohly množit a potravinu kazit (VOLDŘICH, 2001).
1.1.7
Konzervace potravin
Konzervace (uchování) potravin znamená v obecném smyslu prodloužení jejich údržnosti nad obvyklou mez.
1.1.7.1 Kombinace faktorů a podmínek zabraňující růstu mikroorganismů zhoršujících jakost potraviny
K zabránění růstu, rozmnožování a metabolismu mikroorganismů je využívána kombinace podmínek a faktorů, které intenzivně a účinně působí proti negativnímu ovlivnění zdravotní nezávadnosti a jakosti potraviny a vytváří optimální konzervaci potraviny.
14
Jako příklad je možné uvést chování a parametry vzorků kuřecích uzenin s nízkým obsahem tuku, jenž dále obsahovaly syrovátku, guarovou a xanthanovou gumu, NaCl, NaNO2, kyselinu askorbovou a tripolyfosforečnan sodný. Vzorky skladovány při 4 °C. Aktivita vody během prvních 28 dní skladování lehce poklesla a potom zůstala pro všechny testované vzorky konstantní, zatímco pH a parametry barvy zůstaly konstantní. Během skladování vzorků nebyly zjištěny ani koliformní bakterie či bakterie rodu Clostridium. Psychrotrofní bakterie kyseliny mléčné byly dominantní mikroflórou (ANDRÉS, et al., 2006). V mnoha skladovaných
a uchovávaných
potravinách
působí
tedy na
mikroorganismy současně více inhibičních faktorů. (GÖRNER, VALÍK, 2004), autor tzv. překážkového efektu, tuto kombinaci inhibičních vlivů znázorňuje na Obr.1.1.
Obr.1.1 znázorňuje společné působení faktorů inhibující rozmnožování mikroorganismů v lákovém díle na výrobu klobás. Mimořádně významný vliv v tomto případě měla vodní aktivita, dále konzervační účinek, vliv hodnoty pH, vliv teploty a na konec vliv Eh (GÖRNER, VALÍK, 2004).
T
aw
pH
Eh
konz.
Obr.1.1 Kumulační vliv faktorů inhibujících růst mikroorganismů v potravině: T - teplota, aw - vodní aktivita, pH hodnota, Eh - redox potenciál , konz. - konzervační látka ), (GÖRNER, VALÍK, 2004)
15
1.1.7.2 Konzervace potravin kuchyňskou solí
Konzervační účinek soli spočívá ve zvýšení osmotického tlaku vodných roztoků rozpustných částí potravin, tedy na zvýšení jejich vodní aktivity. Inhibičně působí také snížení rozpustnosti kyslíku v důsledku zvýšené hustotu roztoku. V závislosti různé citlivosti přítomné vegetace na snižující se hodnotě aktivity vody dochází k postupné inhibici jednotlivých druhů mikroorganismů (GÖRNER, VALÍK, 2004). Výsledky ukazují, že na úrovních zjištěných při výrobě uzenin byly parametry s největším vlivem na růst různých kmenů aktivita vody, teplota a chlorid sodný (LÓPEZ DÍAZ et al., 2002). Produkty s vysokým obsahem osmoaktivních látek (soli), jejichž vodní aktivita je velmi snížená (pod 0,6) jsou při zamezení zvlhnutí označovány jako samoúdržné potraviny. Ty, u kterých byl obsah vody snížen jen částečně musí být konzervovány ještě dalším zákrokem (např. chlazení, mražení, atd.).
Způsoby solení masa: •
suché solení
•
nakládání masa do solných nálevů
•
nástřik solného láku do masa po krevních cestách
•
přímý nástřik solného láku do svaloviny
Účinky migrace vlhkosti a soli na tvrdost sýra v sýrovo-masových výrobcích (párek)
Specializované masné výrobky obsahující kousky přírodního sýra často ukázaly defekty, kterým říkáme „studené tání“ při skladování. Studené tání je změna ve struktuře, kde sýr vypadá roztavený bez použití tepla. Migrace vody anebo soli z párku či uzeniny do sýra, díky termodynamické nerovnováze, může potencionálně narušit proteinovou formu a výsledkem je měkčí struktura. Často, je difůze spojena se změnou struktury složky, kterou migrace prostupuje a to také ovlivňuje difůzní rychlost. Difůze mezi složkami v mnoho oblastních potravinářských systémech při skladování může dále zapříčinit úbytek na kvalitě výrobku, příchutě nebo mikrobiologické bezpečnosti (MANDL et al., 2009). 16
1.1.7.3 Konzervace potravin přídavkem cukru
Slazené potraviny se nevyrábí jen z důvodu senzorických, ale i z důvodů prodloužení jejich trvanlivosti. Konzervační účinek cukru spočívá podobně jako při solení ve zvýšení osmotického tlaku v prostředí. Ke konzervaci cukrem se používá zejména krystalická sacharosa nebo cukr tekutý, získaný inverzí sacharosy. Invertní cukr (směs glukosy a fruktosy) obsahuje až 67 % invertu a při stejném přídavku sacharosy snižuje hodnotu aktivity vody více. Účinný je také enzymatický hydrolyzát, zbavený podílu bílkovin, moučného škrobu z pšeničné mouky, který má vysoký podíl glukosy (GÖRNER, VALÍK, 2004).
Tab.1.2 Hodnoty aw roztoků solí, sacharosy a invertního cukru při 25ºC (GÖRNER, VALÍK, 2004) aw [ - ]
NaCl [ %]
sacharosa [ % ]
invertní cukr [ % ]
0,99
1,7
15,4
4,1
0,98
3,4
26,0
8,2
0,96
6,5
39,6
16,4
0,94
9,3
48,2
24,6
0,92
11,9
54,3
32,8
0,90
14,1
58,4
41,0
0,88
16,2
62,7
49,3
0,86
18,1
65,6*
57,5
0,85
-
0,84
19,9
0,82
21,5
0,80
23,1
0,75
26,5*
61,6*
*nasycený roztok
17
1.1.7.4 Konzervace sušením
Sušením se rozumí zákrok, při kterém je z materiálu odstraněno takové množství vody, aby vodní aktivita produktu bránila rozvoji kazících mikroorganismů. Metoda zahrnuje i další technologické operace (pečení, uzení atd.). Postupným sušením se mikroorganismy přestávají množit a následovně může dojít až k plazmolýze (usmrcení) vegetativních forem mikroorganismů.
1.1.7.5 Konzervace uzením
Jedná se o metodu (není pravidlo) tepelného opracování masných výrobků, tedy takovou, kdy všechny části masného výrobku, jsou minimálně po dobu 10 minut vystaveny teplotě 70°C. Masné výrobky se udí pro dosažení typických senzorických vlastností a jednotlivé složky kouře působí proti mikrobiálně. Kouř se vyvíjí nedokonalým spalováním dřeva, tzv. pyrolýzou.
Hodnota vodní aktivity po procesu uzení dosahuje (např. u měkkých a tvrdých salámů) hodnot v rozmezí 0,70 - 0,98 (SIMEONOVOVÁ, 2006).
Průběh uzení (JAROŠOVÁ, 2008) : •
osušování v horkém vzduchu
•
vlastní zauzení
•
dováření v páře
Způsoby uzení (JAROŠOVÁ, 2008) : •
studený kouř -
působení teploty 18 – 23 ° C
-
nejedná se o tepelné opracování
-
typické pro fermentované masné výrobky
18
•
•
•
teplý kouř -
působení teploty 60°C
-
typické pro uzení velkých kusů masa
horký kouř -
působení teploty 80 – 90°C
-
používá se u většiny masných výrobků
-
metoda tepelného opracování masných výrobků
mokrý kouř -
možnost snížení obsahu rizikových složek
-
snazší manipulace
1.1.7.6 Konzervace fermentací
Nejedná se o metodu tepelného zpracování, ale využívá se procesu fermentace účinkem ušlechtilých mikroorganismů a poté následuje zrání. Rovněž se provádí i sušení či uzení. Pomocí této metody dosáhneme snížení vodní aktivity na hodnotu 0,93 .
Zrání tepelně neopracovaných fermentovaných salámů
Chemické, mikrobiologické a fyzikální procesy, které probíhají při zrání jsou vybarvování, okyselení a tvorba aroma. Okyselení je podpořeno přídavkem lehce fermentovaného sacharidu a nebo přímým přídavkem glukono-delta-laktonu. Ten podléhá hydrolýze, přičemž vzniká kyselina glukonová, která sníží hodnotu pH přibližně na 5,6. Snížením pH na hodnotu 5,3 je dosáhnuto izoelektrického bodu masových bílkovin, dojde k vytvoření gelu, který spojuje tukové a masové části do celistvé hmoty. S postupem zrání výrobky schnou a stávají se krájitelnými. Hodnoty pH nesmí během tohoto procesu klesat příliš rychle, neboť při pH ≤ 4,5 jsou už některé, ve zracím procesu významné, mikroorganismy inhibované. Při jejich absenci se dostatečně nevyvíjí barva, aroma a chuť potraviny (GÖRNER, VALÍK, 2004).
Při zrání masných výrobků bez přídavku startovacích kultur jsou tyto produkty zavěšeny v tmavém, chladném a dobře větratelném prostoru. Výhodné je používat 19
klimatizované zrací komory, které brání větším teplotním výkyvům, které škodí správnému průběhu fermentace. První dny zrání se doporučuje udržovat teplotu ve zrací komoře na 18 - 20° C a relativní vlhkost vzduchu na hodnotě 90 – 95 %. V období mezi čtvrtým a desátým dnem se teplota udržuje na 18°C a vlhkost na 80 – 90 %. Dozrávání probíhá při ještě nižších teplotách a to 13 – 15 ° C a v poměrně suchém vzduchu, 75 % RV (GÖRNER, VALÍK, 2004). V současnosti je snaha časově náročné zrání urychlit, což se uskutečňuje při vyšší počáteční teplotě, asi 25° C, dále přídavkem výlučně dusitanové směsi, lehce fermentovatelného sacharidu nebo startovacích kultur. Produkty takto zrající jsou obyčejně konzumovatelné asi za 20 dní (normální zrání) a nebo za 3 až 10 dní (rychlé zrání) (GÖRNER, VALÍK, 2004).
Tab.1.4 Úloha čistých mikrobiálních kultur (startovacích) při zrání tepelně neopracovaných masových produktů (HAMMES, KNAUF, 1994) Mikroorganismus
Úloha
Účinek na produkt
Lactobacillus plantarum
tvorba kyselin
konzervace,zpevnění, urychlení vybarvení, tvorba aroma
Pediococcus acidilactici
tvorba
kyselin
a tvorba aroma
bakteriocinu pediocín
Micrococcus variant
redukce
NO3-
destrukcí vybarvení, konzervace, tvorba
H202
aroma
Staphylococcus xylosus
rozklad tuku
inhibice nežádoucí mikroflóry
Streptomyces griseus
tvorba aroma
zlepšení chutnosti
Penicillium chrysogenum růst na povrchu, ochrana potlačení nežádoucích MO, proti divokým plísním
ochrana proti vysušování a nežádoucímu učínku kyslíku, vliv na chuť a aroma
20
1.2 Masné výrobky
1.2.1
Masný výrobek tepelně neopracovaný
Výrobek určený k přímě spotřebě bez další úpravy, u něhož neproběhlo tepelné opracovaní surovin ani výrobku (JAROŠOVÁ, 2008).
1.2.2
Fermentovaný trvanlivý masný výrobek
Výrobek tepelně neopracovaný určený k přímé spotřebě , u kterého v průběhu fermentace, zrání, sušení, popřípadě uzení za definovaných podmínek došlo ke snížení hodnoty vodní aktivity na aw (max) = 0,93, s minimální dobou trvanlivosti 21 ní při teplotě 20 º C (BURDYCHOVÁ, 2008).
1.2.3
Fermentované salámy
Surové krájitelné či roztíratelné salámy jsou vybarvené, skladovatelné při 10 - 15 º C a obyčejně v surovém stavu konzumovatelné produkty. Připravují se ze surového masa a podléhají fermentačnímu zrání, při kterém současně i schnou. Rychle zrající výrobky mají hodnotu aw = 0,96 – 0,90, dlouho zrající produkty mají hodnotu aw = 0,90 – 0,80 (GÖRNER, VALÍK, 2004). 1.2.3.1 Rozdělení fermentovaných trvanlivých salámů (JAROŠOVÁ, 2008) •
Fermentované salámy s nízkou kyselostí -
aw 0,9 – 0,65
-
pH 5,3 – 6,2
-
nízká teplota na počátku zrání (10 - 12°C), inhibice
-
výroba 3 týdny až 2 měsíce
-
Uherský salám, Poličan
21
•
Fermentované salámy s vyšší kyselostí -
aw vyšší (max 0,93)
-
pH < 5
-
vyšší teploty na počátku zrání (prudké okyselení a tím zabránění výskytu nežádoucích mikroorganismů)
•
1.2.4
-
výroba do 3 týdnů
-
Lovecký salám , Herkules ,Paprikáš
Roztíratelné fermentované salámy -
krátká doba zrání (do 14 dní)
-
roztíratelnost dána vysokým podílem tuku (asi 65%)
-
krátká doba trvanlivosti (48 hod), nutné uchovávat při nízké teplotě
-
Čajovky (rozšířeny spíše v Německu)
Suroviny na výrobu fermentovaných salámů
Jako hlavní suroviny na výrobu masných výrobků se používá vepřové maso, zejména vepřové maso strojně oddělené, vepřové maso libové, vepřové maso libové II, vepřové výrobní bez kosti, vepřové výrobní s kostí a jako další suroviny z těl prasat i syrové hřbetní sádlo a vepřové kůže. Z těl jatečného skotu především hovězí maso strojně oddělené, hovězí zadní a přední výrobní maso. Z ostatních druhů mas také koňské, telecí, ovčí a kozí maso. Maso spíše ze starších kusů, které obsahuje vyšší množství myoglobinu a nižší obsah vody. Jedná se tedy o kombinaci masa libového spolu s ostatními druhy mas za přídavku vedlejších jatečních surovin jako jsou vnitřnosti, krev jatečných zvířat, dále další vnitřní orgány a hlavy za použití dalších pomocných surovin, které vytváří finální senzorické vlastnosti výrobku. Maso je dodáváno ve zmraženém stavu. Další technologické přísady používané při výrobě jsou dusitanová sůl v množství 2,4 – 3%, dále koření, sacharidické přísady, zejména glukosa, laktosa, fruktosa s obsahem v díle 0,3 – 0,7 %, nutný přídavek glukono–delta-laktonu (0,3 – 0,5 %) pro vznik glukonové kyseliny (JAROŠOVÁ, 2008).
22
1.2.4.1 Vliv aktivity povrchové vody na dobu mražení/rozmrazování a odhad úbytku hmotnosti
Běžným předpokladem při vytváření modelu procesů transferu tepla a hmoty, jako je chlazení a mražení, je považovat aktivitu vody (aw) za konstantní nebo rovnou 1. Avšak tento předpoklad hodnoty konstanty nepředstavuje skutečnou odchylku aktivity vody během procesu. Tato práce studovala vliv různých hodnot aktivity vody na dobu mražení/rozmrazování a odhad úbytku hmotnosti konzervovaného vařeného vepřového, hovězího a kuřecího masa. Experimentální údaje o sorpci těchto druhů masa byly získány dříve a výsledky byly začleněny do vyvinutého počítačového programu. Při analýze bylo použito explicitního schématu konečné diference, které začleňuje transfer hmoty a odchylku aw. Z důvodu ověření a srovnání s předpověďmi modelu byly získány také experimentální údaje o době mražení/rozmrazování. Byl analyzován vysoký rozsah aktivity vody (0,85, 0,9 a 1). Obecně a pro všechny duhy masa, které se posuzovaly, bylo dosaženo nejnižší chyby při použití variabilní aw. Výsledky ukázaly, že pokud nejsou k dispozici údaje o sorpční izotermě, mohla by se pro vařené konzervované vepřové a hovězí maso použít konstantní hodnota aktivity vody 0,875 místo toho, aby se předem určovala doba mražení a úbytku hmotnosti a hodnota 0,9 pro kuřecí maso; zatímco pro vytváření modelu procesu rozmrazování se pro konzervované vařené vepřové a hovězí a kuřecí maso doporučují hodnoty aw 0,95 a 1. Proto je aktivita vody důležitým faktorem a měla by se z důvodu zlepšení přesnosti předpovědí začlenit do vytváření modelu ( DELGADO, SUN, 2007).
1.2.5
Výroba fermentovaných salámů
Výroba
trvanlivých,
tepelně
neopracovaných
masných
výrobků
–
fermentovaných masných výrobků sestává z několika pracovních úkonů, které vyžadují návaznost a samozřejmě dodržovaní zásady osobní a pracovní hygieny pro dosažení nejlepší kvality. Zvláštností v této výrobě je užití ušlechtilých mikroorganismů, plísní, rodu Lactobacillus nebo Pedioccocus, které vykazují probiotický a prebiotický efekt a mají tedy zdraví prospěšný účinek. Nejzdravější fermentované salámy kromě toho nesou na svém povrchu ušlechtilé plísně rodu Penicillium.
23
Startovací kultury u suchých fermentovaných uzenin tedy zajišťují ochranný účinek proti některým nežádoucím mikroorganismům. Penicillium také působí jako antioxidant, minimalizuje riziko nadměrného vysychání a je zodpovědný za vývoj chuti v důsledku rozkladu proteinu, volných mastných kyselin a kyseliny mléčné a tedy důrazný pokles pH (LUDEMANN, 2004). Přítomná kyselina mléčná pak zcela zabrání přítomnosti jiných, zdravotně nevhodných bakterií a je důležitá pro vznik a udržení charakteristické červenavé barvy salámů. Fermentace přitom může proběhnout jak pod vlivem přírodně se vyskytujících bakterií, tak pod vlivem úmyslně přidaných „startovacích“ kultur mikroorganismů. Při zrání ztrácejí ušlechtilé salámy vodu a probíhají v nich degradační pochody postihující bílkoviny a tuky. Během zrání také probíhá nitritová redukce v celém systému, která je podporována přítomností kyseliny mléčné a je zodpovědná též za barevný vzhled výrobku na řezu. V době zrání jsou pak některé výrobky kontaminovány ušlechtilými plísněmi a nabývají definitivního „plísňového“ vzhledu. „Fermentace tedy přináší žádoucí vlastnosti ve všech čtyřech hlavních ohledech důležitých pro kvalitu finálního výrobku, a sice aciditu, vůni, barvu a potřebné mechanické vlastnosti (tažnost, nikoliv kruchost, a vynikající soudržnost). Jedná se tedy o postup a výrobu studenou cestou, bez tepelného ošetření, kde účinkem plísní a odkapem vody v procesu zrání, dochází ke snížení hodnoty aw a zábraně tvorby a množení patogenních mikroorganismů. Samotnému procesu zrání předchází mělnění a míchání díla, dále přídavek vhodných ingrediencí a technologických přísad, které se po promíchání plní do obalů a po naplnění nechají udit za teploty kolem 20°C.
1.2.6
Kažení fermentovaných salámů
Surové fermentované výrobky jsou náchylné na mikrobiální kažení. Riziko kažení se zvyšuje, jestliže jsou použity suroviny nevhodné jakosti (maso s příliš vysokým obsahem mikroorganismů, maso s vysokým podílem tuku, mikrobiologicky kontaminované obaly, atd). Podíl tuku v mase ovlivňuje chemické, mikrobiologické a senzorické vlastnosti fermentovaného masného výrobku. Při posouzení dvou výrobků s rozdílným podílem tuku (10 a 30 % tuku), vykazoval výrobek s nižším obsahem tuku i nižší aw (BOVOLENTA, 2008) . Dále také nevhodné podmínky během procesu zrání a to teplota vzduchu, relativní vlhkost a cirkulace vzduchu. V prvních hodinách a dnech 24
zrání je riziko nejvyšší, neboť surový obsah má poměrně vysoké hodnoty pH a aw (GÖRNER, VALÍK, 2004).
1.2.7
Vliv teploty, aktivity vody, pH a některých antimikrobiálních složek na růst ušlechtilých plísní izolovaných z povrchu fermentovaných masných uzenin
Byl zjišťován vliv různých faktorů a složek používaných ve výrobě 'Cantimpalos chorizo', fermentované masové uzeniny vyrobené ve Španělsku, na růst tří kmenů Penicillium olsonii izolovaných z povrchu uzeniny. Navíc byl do studie zahrnut jeden kmen Penicillium nalgiovense, používaný jako spouštěcí kultura ve fermentovaných potravinách (LÓPEZ DÍAZ et al., 2002). P. olsonii i Penicillium nalgiovense byly schopny růstu při 10° C. Penicillium nalgiovense a jeden z přirozených kmenů P. olsonii byly také schopny růstu při nejnižší testované aktivitě vody (0,86). Avšak optimální aktivita vody byla pro oba druhy vyšší (0,92 pro P. olsonii a téměř 1 pro P. nalgiovense). pH, dusičnany a dusitany a testované koření neměly žádný nebo velmi malý vliv na růst obou druhů (LÓPEZ DÍAZ et al., 2002). Obecně bylo také chování našich izolantů velmi podobné referenčnímu kmeni Penicillium nalgiovense, což z technologického pohledu indikuje blízkost k těmto druhům a navrhuje možnost použití Penicillium olsonii jako spouštěcí kultury (LÓPEZ DÍAZ et al., 2002).
25
1.2.8
Schéma výroby fermentovaných masných výrobků
Surovina- maso Mražená
Chlazená
Zmrazení
Rozmrazovací Ostatní přídatné látky Kutrování
Směs koření
Jedlá sůl Narážení
Fermantace, sušení
MO vyšetření
Balení, etiketování
Skladování výrobku
Expedice
Obr.1.2 Výrobní diagram tepelně neopracovaného masného výrobku (BURDYCHOVÁ, 2006)
26
1.3 Sýry
1.3.1
Definice sýrů
Podle standardu FAO/WHO z roku 1963 jsou sýry definovány následovně: Sýr je čerstvý nebo prozrálý výrobek vyrobený odpovídajícím odvodněním sraženiny mléka, smetany, odtučněného mléka, částečně odtučněného mléka nebo směsí některých příp. všech těchto surovin. Sýr je tedy bílkovinný koncentrát, který se vyrábí kyselým nebo enzymovým srážením mléka za spolupůsobení mikroorganismů a oddělením tekutého podílu (syrovátky) od vzniklé sraženiny (SEDLÁČKOVÁ, 2006).
1.3.2
Výroba sýrů
Výroba tzv. sladkých sýrů je založena na tvorbě sýřeniny z mléka a jejím dalším zpracování. Podle druhu vyráběného sýra jsou jednotlivé technologické úkony specifické, všeobecně lze rozlišit jednotlivé technologické operace probíhající při výrobě sýrů následovně: tepelné ošetření, úprava před sýřením, sýření, zpracování sýřeniny, formování a lisování sýrů, solení a zrání (GÖRNER, VALÍK, 2004).
1.3.2.1 Solení sýrů
Solení je neopominutelnou technologickou operací při výrobě sýrů. Obsah soli v sýrech má následné funkce (GÖRNER, VALÍK, 2004). •
Přímo ovlivňuje chuť sýrů (nesolený sýr není chutný, už 0,6% NaCl v sýru jeho chuť vhodně upravuje)
•
Podporuje synerezi suroviny a takto reguluje obsah vody v sýru
•
Snižuje aktivitu vody (aw)
•
Má vliv na aktivitu enzymu syřidla, na aktivitu kulturních a nekulturních mikroorganismů, jejich enzymů a originálních mléčných enzymů 27
•
Reguluje fermentaci zbytku laktózy, tím i hodnotu pH v mladém sýru, postup zrání a jakost zralých sýrů
•
Potlačuje růst a metabolismus nekulturních bakterií Solením se v sýrech snižuje obsah vody a současně se v nich zvyšuje obsah
NaCl. Koncentrace soli v sýru přepočítaná na obsah vody (s/v) podmiňuje do jist míry i aktivitu vody sýrů aw (MANDL et al., 2008). Difuze soli a vody v sýrech byla studována při nakládání do solného láku (MANDL et al., 2008). Když je sýr naložen do solného láku, je pohyb Na+ a Cl- iontů ze solného láku do sýru, a vody ze sýra do solného láku, následkem rozdílného osmotického tlaku. NaCl molekuly se musí pohybovat nepřímou cestou, aby se vyhnuli brzdícím proteinovým prvkům a tukovým kuličkám proti vnější migraci vody. Výsledkem je zpomalený difuzní proces, což znamená, že NaCl a H2O molekuly se pohybuji v souladu se stoupající koncentrací, ale jejich difuzní rychlost je mnohem nižší než těch v čistém roztoku díky nastávajícím faktorům jako jsou struktura a hydrofilní složky (GUINEE, FOX, 2004). Cíl solení je redukovat vodní aktivitu (aw) výrobku, také specifickou rolí iontové soli byl popsán její vliv na aktivitu enzymu zodpovědného za zrání sýru (ARGÜELLES et al., 2007).
1.3.2.2 Zrání sýrů
Všechny mladé organismy (až na některé výjimky) mají podobné složení bílkovin, tuků a mléčného cukru. Až mikrobiální nebo enzymatickou fermentací těchto složek mladých sýrů vznikají látky, které sýrům dávají jejich typické vlastnosti, vzhled, vůni, chuť a texturu. Na stejném principu bílkoviny, tuky a laktóza určují vlastnosti budoucích sýrů (GÖRNER, VALÍK, 2004).
Voda se v průběhu výroby a zrání sýrů kvantitativně nemění, ale její obsah a rozmístění uvnitř sýrů podléhá změnám. Mění se koncentrace ve vodě rozpustných látek, nejvíce NaCl, ale i ostatních minerálních látek a vodorozpustných organických látek. V důsledku těchto změn se mění i aktivita vody (aw) v dotyčných částech sýrů a spolu s ní i všechny fyzikální, chemické a mikrobiologické procesy probíhající v sýrech 28
při zrání. Po dobu solení difúzí vody ze sýrů do solných roztoků obsah vody klesá. Stejně klesá i po dobu zrání, ale vysušováním, proti které se brání vysokou relativní vlhkostí ve zracích prostorách (GÖRNER, VALÍK, 2004).
29
2
CÍL PRÁCE Cílem práce bylo zjišťovat vývoj hodnot vodních aktivit u vybraných druhů
potravin. Hlavním materiálem pro sledování změn aktivity vody byly vzorky suchých fermentovaných salámů pocházejících od dvou výrobců, se dvěma druhy koření a různými startovacími kulturami. Vzorky se lišily také průměrem. Předmětem analýz bylo tedy sledování aktivity vody a vlhkosti v závislosti na čase, který odpovídal dodávkám od jednotlivých dodavatelů, přičemž se jednalo o dodávky v pravidelných 14 denních intervalech, po dobu 8 týdnů. Výsledky měření dále zpracovat tabelárně, graficky a analyzovat je. Následně vyhodnotit vliv složení, případně tvaru.
30
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED
3.1 Aktivita vody Vodní aktivita je významný termodynamický parametr, který v potravinářství udává stav vody v produktu, a to hlavně z pohledu jejího vlivu na potencionální biologické, fyzikální a chemické změny. Stanovování jejich hodnot vychází z rovnovážné vlhkosti analyzovaného materiálu v daném prostředí charakterizovaném teplotou a relativní vlhkostí. Aktivita vody se vyjadřuje poměrem parciálních tlaků vodní páry nad potravinou pw a syté vodní páry pw“ v okolním vzduchu za stejných podmínek (ŠTENCL, 2004):
pw [− ] p ′w′
aw =
kde: aw je vodní aktivita (v rozmezí od 0,00 do 1,00) pw je parciální tlak vodní páry nad potravinou pw“ je parciální tlak syté vodní páry Z definice relativní vlhkosti vzduchu
ϕ=
p .100[%] p′′
je zřejmé, že lze vodní aktivitu vyjádřit jako:
aw =
p ϕ [%] = [−] p′′ 100
kde: φ je relativní vlhkost v %
Hodnoty vodní aktivity lze též vypočítat z hodnot osmotického tlaku, ale tento postup je značně komplikovaný a pro potravinářskou praxi nepoužitelný.
31
Z uvedených definic plyne, že hodnoty aw se pohybují od 0,00, což je látka s nulovým obsahem volné vody, do 1,00, což je hodnota destilované vody (BARTL et al., 2003).
3.1.1
Význam vodní aktivity
Hlavní význam vodní aktivity spočívá v tom, že určuje, zda v dané potravině může nebo nemůže dojít k pomnožování mikroorganismů. Z tabulky (Tab.3.1) je zřejmé, že pro každý druh mikroorganismu, je limitní hodnota vodní aktivity různá a můžeme spolehlivě určit, které typy mikroorganismů jsou schopny se pomnožovat. Tak můžeme stanovit, jaká bude trvanlivost výrobku nebo zda existuje nebezpečí případného zdravotního rizika např. z pomnožování mikrobů rodu Salmonella nebo ne. Stejně tak můžeme z vysokou mírou pravděpodobnosti předpovědět, zda může dojít k nárůstu např. Clostridium botulinum v konzervách, nebo ne. Snížením vodní aktivity pod hodnotu 0,94 můžeme s jistotou určit, že v dané potravině (konzervě) nedojde k tvorbě botulotoxinu. V případě snížení pod hodnotu 0,92 získáváme rovněž jistotu nepřítomnosti Listeria monocytogenes. Jinými slovy řečeno, vodní aktivita je určujícím faktorem trvanlivosti potravin (BARTL, 2001).
Limitující hodnota aw pro různé druhy mikroorganismů je různá. Obecně lze říci, že bakterie vyžadují pro růst více dostupné vody, tj. prostředí s vyšší aw, kvasinky a plísně jsou tolerantní k nižším hodnotám aw. Růst většiny patogenů je inhibován př aw < 0,9. Minimální hodnota pro bakterie působící kažení potravin je 0,90-0,91, pro kvasinky 0,87-0,94 a pro plísně 0,70-0,80. Převážná část mikroorganismů není schopna růstu při aw pod 0,60 (BARBOSA-CÁNOVAS, 2007).
32
Tab.3.1 Minimální limity aw pro růst mikroorganismů významných pro lidské zdraví ( GÖRNER, VALÍK, 2004) Mikroorganismus
Min. aw pro růst
Min. aw pro produkci toxinů
Aspergillus clavatus
0,85
0,99 (patulin)
A. flavus
0,78-0,80
0.83-0,87
A. ochraceus
0,77-0,83
0,83-0,87 (ochratoxin)
A. parasiticus
0,82
0,87 (aflatoxin)
Clostridium botulinum
0,93-0,97
0,94-0,97
Penicillium cyclopium
0,82-0,87
0,97 (penicillic acid)
P. expansum
0,83-0,85
0,99 (patulin)
P. martensii
0,79-0,83
0,99 (penicillic acid)
P. patulum
0,81-0,85
0,85-0,95 (patulin)
P. viridicatum
0,83
0,83-0,86 (ochratoxin)
Salmonella spp.
0,92-0,95
Stachybotrys atra
0,94
0,94 (stachybotryn)
Staphylococcus aureus
0,86
0,87-0,97(enterotox. A,B)
Trichothecium roseum
0,90
Vibrio parahaemolyticus
0,94
Na základě znalosti aw můžeme určit, zda dojde k poklesu nebo vzestupu v počtu určitých mikroorganismů. Je to významný nástroj pro hygienické posuzování potravin včetně prognóz. Používání hodnot aw v praxi umožňuje sledovat potraviny dynamicky. Umožňuje určit, jaké mikrobiologické změny proběhnou. Lze tedy předpovědět, jaká bude skladovatelnost nebo trvanlivost výrobku, jaká bude stálost jeho kvality a zda, případně, kdy dojde ke zkáze za přesně definovaných podmínek prostředí. Limitujícími parametry jsou vždy teplota a relativní vlhkost okolního vzduchu. Na základě aw lze stanovit i stupeň rizika z pomnožení zdravotně nevhodné nebo závadné mikroflóry, případně z tvorby toxinů. V některých zemích je již používání hodnot aw běžné. Je uváděno i ve vybraných normativních požadavcích na potraviny v EU, jako jedno z kriterií jakosti.
33
3.1.2
Rozdělení potravin dle vodních aktivit
Potraviny se dělí do tří velkých skupin podle hodnot aw , které ukazuje níže zobrazená tabulka.
Tab.3.2 Rozdělení potravin dle aw (BARTL et al., 2003) Hodnoty aw
Označení potravin
1,00 – 0,90
potraviny „velmi vlhké“ HMF – high moisture foods
0,90 – 0,60
potraviny „středně vlhké“ IMF – intermediate moisture foods
< 0,60
Potraviny „suché“ LMF – low moisture foods
Některé koncentrované roztoky solí mohou mít také aw menší než 0,60. Toto rozdělení má značný význam pro hodnocení jakosti a trvanlivost potravin.
K potravinám nebo pokrmům s nízkým obsahem vody dostupné pro mikroorganismy (tj. s nízkou aktivitou vody) se řadí sušené potraviny, výrobky s vysokým obsahem tuku (majonézy, tukové krémy) a cukru (marmelády, cukrovinky a kandované ovoce). Tyto potraviny a pokrmy jsou údržné pouze za předpokladu, že nedojde ke změně aktivity vody. Pak opět může dojít k růstu mikroorganismů, nebo k tvorbě toxinů (u plísní). Příkladem může být zvlhnutí sušených potravin, okořenění salátové zálivky nebo pokrmu kontaminovaným kořením. Spotřebitel by vždy měl dbát doporučení výrobce na způsob nakládání s různými typy výrobků a nepodceňovat nebezpečí, které mohou představovat např. zvlhlé sušené potraviny (BARBOSACÁNOVAS, 2007).
3.1.3
Vliv teploty na vodní aktivitu
Hodnoty vodní aktivity se mění s teplotou, a proto při stanovování aw je nutné vždy uvádět teplotu stanovení. Například u masných výrobků změny aw při teplotách 20° C – 25° C činí asi 0,003 – 0,005 aw. K nejdrastičtějším změnám v hodnotách aw dochází při zmrazování potravin, kdy volná voda mrzne a hodnoty aw prudce klesají. Pokles aw je tak výrazný, že mikroorganismy a enzymy ztrácejí svoji aktivitu a za určitých podmínek i životaschopnost. 34
3.1.4
Aw a enzymatická aktivita
Na procesy vyvolávané enzymatickou aktivitou, jako je např. hnědnutí potravin, oxidace, lipolýza má vodní aktivita značný vliv. Snižováním nebo úpravou aw v potravině lze dosáhnout výrazného snížení enzymatických aktivit, a tím i významného prodloužení trvanlivosti potravin (BARTL et al., 2003).
Tab.3.3 Enzymatická aktivita a aw (BARTL et al., 2003) Aktivita enzymů
Aw 0,95 – 0,98
maximální oxidace tuků
0,90 a více
obecně plná aktivita enzymů
0,60
obecně poloviční aktivita enzymů
0,40
obecně nulová aktivita enzymů
0,30 – 0,40
minimální oxidace tuků
Obr.3.1 Míra schopnosti vody účastnit se chemických, biochemických a mikrobiálních procesů (ANONYM, 2008)
1- růst Staphylococcus aureus 2- oxidace kys.askorbové 3- enzymové reakce 4- autooxidace tuků 5- neenzymové hnědnutí
35
3.1.5
Mikroorganismy a aw
Mikroorganismy obdobně jako lidé potřebují vodu pro svůj růst a rozmnožování. Mikrobiální buňka obsahuje 80 -90 % vody, v níž probíhají všechny chemické reakce. Aby nedošlo ke ztrátě vnitrobuněčné vody, musí být dostatečné množství vody obsaženo také ve vnějším prostředí. Pro mikroorganismy je určující, zda voda v potravině je pro ně dosažitelná, zda ji mohou nasát do svých buněk a využít pro svůj růst. Pro takto dosažitelnou „volnou“ vodu, která je k dispozici v potravinovém substrátu a není chemicky vázána, byla zavedena právě vodní aktivita (BARBOSACÁNOVAS, 2007). Mikroorganismy ke svému životu potřebují určité minimální množství volné vody v potravinách, tj. určité hodnoty aw. Při nižších hodnotách aw nerostou a nemohou se pomnožovat a nemohou působit ani kažení potraviny případně tvořit toxiny. Hlavní význam aw je, že určuje, zda v dané potravině může nebo nemůže dojít k pomnožování mikroorganismů. Aktivita vody je tak určujícím faktorem trvanlivosti potravin (BARBOSA-CÁNOVAS, 2007). Mikroorganismy
ke
svému
růstu,
pomnožování
a
tvorbě
žádoucích
i nežádoucích metabolitů vyžadují určité podmínky. To se týká jak bakterií, aerobních i anaerobních, tak kvasinek i plísní. Vhodné podmínky pro jejich růst a aktivitu jsou dány několika málo faktory (složení potraviny, aw, pH, atd), (BARTL et al., 2003). Tab.3.4 Limitní hodnoty aw pro růst bakterií (BARTL et al., 2003) Aw
Bakterie
0,96 Shigella, Klebsiella 0,95
Pseudomonas fluorescens, Salmonella, Escharichia coli
0,94
Clostridium botulinum, Vibrio parahaemolyticus
0,92
Listeria monocytogenes
0,90
Bacillus subtilis
0,86
Staphylococcus aureus
0,83
Micrococcus
0,75
Halobacterium
36
Tab.3.5 Limitní hodnoty aw pro růst kvasinek (BARTL et al., 2003) Aw
Kvasinky
0,92
Pichia – většina rodů
0,90
Saccharomyces cerevisiae
0,87
Hansenula anomala
0,82
Candida cacaoi
0,81
Schizosaccharomyces pombe
0,65
Zygosaccharomyces rouxii
Tab.3.6 Limitní hodnoty aw pro růst plísní (BARTL et al., 2003) Aw
Plísně
0,85
Aspergillus clavatus
0,81
Penicillium cyclopium, Penicillium patulum
0,78
Aspergillus flavus
0,96
Rhizopus solani
3.2 Voda jako prostředí reakcí
3.1.6
Voda v potravinách Vazbu vody v potravinách lze znázornit tzv. sušící křivkou, kterou ukazuje
Obr.3.2. Jedná se o závislost rychlosti sušení na čase (popřípadě na měrné vlhkosti materiálu). První z následujících grafů (a) znázorňuje úbytek měrné vlhkosti materiálu na čase při konstantní teplotě a relativní vlhkosti. Provedením derivace této křivky, možno i graficky, dostaneme rychlost časové změny měrné vlhkosti du/dτ, jež se vynáší buď v závislosti na čase nebo na měrné vlhkosti (graf b).
•
A – B je úsek ohřevu materiálu na sušicí teplotu.
•
B – C jedná se o odpařování volné vody s lineárním úbytkem vlhkosti v čase, je to také oblast nejvyšší rychlosti sušení a končí v kritickém bodu C.
37
•
C – D je úsek klesající rychlosti sušení, odpařování vázané vody v materiálu, rychlost sušení je ovlivněna převážně silami vázajícími vodu v materiálu, např. koloidní, kapilární síly (TICHÁ, 2003).
a)
b)
Obr.3.2 Sušící křivka (ŠTENCL, 1994)
38
3.1.7
Změny v obsahu vody v potravině
Ke změnám v obsahu vody dochází v potravinářských surovinách a potravinách téměř při všech způsobech skladování a během všech způsobů kulinárního a technologického zpracování. Při skladování potravinářských surovin a potravin v obalech propustných pro vodu a vodní páru dochází běžně ke snížení obsahu vody vysycháním. U vlhnoucích potravin (např. u dehydratovaných ovocných džusů a instantních nápojů, jako je káva a čaj) obsah vody naopak roste při skladování ve vlhkém prostředí. Při tepelném zpracování potravin sušením, vařením, grilováním, pražením apod. se obsah vody snižuje. Při vaření a pečení masa se na ztrátách vody značnou měrou podílejí myofibrilární bílkoviny, jako je aktin a myosin, které uvolňují jisté množství vody při tepelné denaturaci, kdy dochází k agregaci těchto bílkovin. Bílkoviny pojivových tkání, jako je kolagen, naopak část vody váží. Ztráty vody a současně i ve vodě rozpustných látek, vznikají při zmrazování a rozmrazování potravin, kdy voda a v ní rozpuštěné látky vytéká z masa. O jejich vlastnostech rozhoduje hlavně rychlost obou operací. Při pomalém procesu jsou ztráty vyšší (v důsledku poškození buněk velkými krystaly ledu), než při rychlém rozmrazování (VELÍŠEK, 2002).
3.1.8
Vyjádření obsahu vody v potravinách
Potraviny jsou vesměs vlhké látky sestávající se ze sušiny a vody (ŠTENCL, 1994).
Rozeznáváme dva údaje o množství vody v materiálu:
a) měrná vlhkost – je poměr hmotnosti vody Mv k hmotnosti sušiny Ms. Lze ji udávat v g/kg, kg/kg.
u=
Mv M − Ms = Ms Ms
[g/kg]
39
Hmotnost vlhkého materiálu M je rovna: M = Ms + Mv
b) relativní vlhkost materiálu (procentický obsah vlhkosti) - udává se v %.
w=
Mv M − Ms ⋅ 100 = ⋅ 100 M M
[%]
Vzájemný přepočet obou údajů se provede takto:
u=
w 100 − w
3.1.9
w=
u ⋅ 100 1+ u
[%]
Vztah vodní aktivity k obsahu vody
Vztah
hodnot
vodní
aktivity
k obsahu
vody
v potravině,
vyjádřené
v hmotnostních % (čili obráceně řečeno k sušině) není lineární. Tento vztah lze vyjádřit sigmoidní křivkou. Průběh izoterm je odvislý i od toho, zda běží o vysychání – desorpci nebo zvlhčování – adsorpci. Stanovení izoterm není jednoduché, znamená to stanovovat postupně EMC a tomu odpovídající hodnotu aw při různém stupni zvlhčení nebo vysoušení potraviny. Takto získané body jsou základem pro sestrojení křivky (BARTL, 2001).
3.1.9.1 Změny následkem desorpce a absorpce vody
Změny jsou zvláště ovlivňovány: obsahem vlhkosti materiálu, aw a teplotou. Vodní aktivita hraje velkou roli během sušení a skladování vlhkých biologických materiálů. Kritická hodnota aw pro většinu zemědělských produktů v rozpětí 0,6 až 0,7 (ŠTENCL, GOTTHARDOVÁ, 2000).
40
Změny, k nimž dochází následkem desorpce nebo absorpce vody, resp. vodní páry, jsou velmi pestré. Zásadně je možno rozlišit tyto změny (ČURDA, 1982): •
změny hmotnostní, které postihují hlavně vodnaté (také zmrazené) potraviny při skladování v relativně sušším prostředí
•
povrchové
změny
morfologické,
např.
sesychání
ovoce,
„spálení“
zmrazených potravin •
koloidně chemické změny, mezi které je možno počítat změny konzistence některých výrobků ztrátou vody (tvrdnutí chleba a pečiva, křehnutí tabáku) nebo absorpcí vody (ztráta křehkosti sušenek, tvoření žmolků u práškovitých výrobků)
•
fyzikálně chemické změny, např. vykrystalování látek z přesycených roztoků (cukr na švestkách), tvorba hydrátů
•
chemické změny, jež nastávají hlavně po zvlhnutí sušených výrobků, kdy začnou probíhat reakce podmíněné přítomností vody, enzymatické nebo neenzymatické pochody, nejvíce oxidačního charakteru
•
mikrobiologické změny nastávají rovněž po zvlhnutí suchých výrobků,
vlhkosti [%]
neuvažujeme-li primární mikrobiologické procesy u vodnatých potravin
0
vodní aktivita [-]
Obr.3.3 Vztah mezi adsorbcí a desorbcí vlhkosti, hystereze (BARTL, 2001)
41
1
3.2 Sorpční děje
3.2.1
Sorpční izotermy
Vztah mezi obsahem vody v potravině a aktivitou vody není jednoduchý. Nejlépe jej vystihuje tzv. sorpční izoterma dané potraviny. Sorpční izotermy potravin vyjadřují závislost mezi vodní aktivitou a rovnovážným obsahem vlhkosti vzorku při konstantní teplotě. Sorpční izotermy jsou významným nástrojem pro predikci možných změn v mikrobiální stabilitě biologických produktů, zvláště potravin. Jejich znalost může být využívána při stanovování podmínek skladování, balení a různých technologických procesů, především dehydrataci, např. sušení (ŠTENCL, 1999). Jednotlivé potraviny a potravinářské výrobky jsou charakterizovány určitým obsahem vody, při kterém je jejich kvalita optimální. Tomuto obsahu vody odpovídá určitá relativní vlhkost vzdušná, při které zboží vodu ani nepřijímá, ani nevydává, je to tzv. rovnovážná relativní vlhkost. Je-li zboží uloženo při nižší relativní vlhkosti vzdušné, než odpovídá jeho rovnovážné vlhkosti, dochází k výparu vody ze zboží, a naopak při uložení ve vlhčím prostředí zboží vodní páru absorbuje. Graficky znázorněná závislost mezi relativní vlhkostí vzdušnou a vlhkostí zboží, tedy sorpční izoterma, je základem většiny úvah o ochraně zboží obalem před změnami vlhkosti (ČURDA, 1982). 3.2.2
Rozdělení sorpčních izoterem
Sorpční izotermy jsou udány ve formě diagramu nebo tabelárně. Následující grafy ukazují základní typy sorpčních izoterem. Obr.3.4 znázorňuje křivku pro typický hydrofóbní materiál (obalový materiál, např. plast). Adsorpční počátek křivky znamená, že při nízké rovnovážné vlhkosti je voda v materiálu pevně vázána. Vazebná energie závisí na povrchu, struktuře a chemickém složení materiálu. Při vysoké relativní vlhkosti vzduchu dochází ke kondenzačním jevům. Obr.3.5 je příkladem částečně hygroskopického materiálu v úplném rozsahu relativní vlhkosti okolního vzduchu. V tomto případě se nevyskytují kapilárně-kondenzační jevy. Bod 1 označuje stav, kdy se vytvoří nasycená monomolekulární vrstva vody. Poslední Obr.3.6 je typický pro potraviny (ŠTENCL, 1994). 42
u
1
0
1
aw
Obr.3.4 Sorpční izoterma 1 (ŠTENCL, 1994)
u 1
0
aw
1
Obr.3.5 Sorpčníi zoterma 2 (ŠTENCL, 1994)
u
2
0
1 φ
Obr.3.6 Sorpční izoterma 3 (ŠTENCL, 1994)
43
4
MATERIÁL A METODIKA
4.1 Materiál Použitým materiálem k měření byly čtyři šarže suchých fermentovaných uzenin, které byly vyrobeny při úplné komerční výrobě (k výrobě užity 4 kutry po 50 kg). Základní suroviny byly ve všech šaržích stejné: libové hovězí maso, libové vepřové a vepřový tuk použité ve shodných částech, směs dusitanové soli (2,5 %) a cukry (1 %). Ve všech případech byly použity nejlepší hygienické podmínky včetně skladování všech surovin při teplotě -5° C po dobu 48 hodin před zahájením výroby. Dvě šarže byly vyrobeny s přidáním kořenící směsi typické pro českou suchou fermentovanou uzeninu „Herkules“ (tyto výrobky byly označeny jako H) a dvě šarže byly vyrobeny s kořenící směsí patřící k další české suché fermentované uzenině „Paprikáš“ (znamená to „s červenou paprikou“; tedy označeny jako P). Obě kořenící směsi byly použity podle pokynů výrobce, (KOMPRDA, 2004). Jedna ze dvou mikrobiálních spouštěcích kultur - Pediococcus pentosaceus + Staphylococcus carnosus (AS-3/100), označena jako S. Druhá - a S. carnosus + Staphylococcus xylosus + Lactobacillus farciminis (FU2) , označena jako F. Příslušně byla přimíchána do jedné z H- a P-šarží, (v každém případě v množství 0,25 %). Sekané a míchané ingredience byly naplněny do salámového střeva. Byl uchován průměr typický pro výrobu běžných H- a P-uzenin: 75 a 50 mm. Všechny čtyři výrobky zrály ve stejných teplotních/vlhkostních podmínkách (včetně uzení studeným kouřem): 27 ° C / 92 % 1. den, 20° C / 85 % 2. až 12. den, 12° C / 70% do 21. dne (konec zrání), (KOMPRDA, 2004).
4.2 Přístroje
4.2.1
Přístroj NOVASINA AW SPRINT
Přístroj NOVASINA AW SPRINT je určen pro stanovení vodní aktivity při předvolené a řízené teplotě. Teplota měřící komůrky je přesně regulována na zvolenou
44
teplotu pomocí regulátoru teploty, která má rozsah 0 - 50 ° C. Maximální výchylka činí méně než ± 0,2 ° C. Požadovaná teplota se nastaví pomocí přepínače předvolené teploty, podle tabulky otištěné na předním panelu přístroje. Měřící komůrka ve spojení s regulátorem teploty tvoří miniklimatickou komůrku. Měřící hlava je vybavena čidlem NOVASINA pro vlhkost a teplotu. Měřící konvertor mění signály přicházející z čidla, které zaznamenává změny vlhkosti prostředí. Po nasycení prostoru měřící komůrky vlhkostí z potraviny, ukáže výslednou hodnotu aw. Současně se v měřící komůrce měří i teplota. Stanovené hodnoty vodní aktivity a teploty lze odečítat přímo na LC-displeji v čelním panelu přístroje. Výsledky jsou přiváděny do PC, kde se zachycuje závislost vodní aktivity na teplotě do grafu. Čidlo měří vodní aktivitu v rozmezí hodnot 0,06 – 1,00 aw , rozlišovací schopnost je 0,001 aw . Přesnost měření vodní aktivity je lepší než ± 0,01 aw
Obr.4.1 Přístroj NOVASINA AW SPRINT
4.2.2
Analyzátor vlhkosti HB 43
Halogenový analyzátor vlhkosti může být použit ke stanovení obsahu vlhkosti prakticky jakékoliv látky definovanou vlhkostí ohřevu a stejnoměrným ohřevem jeho 45
plochy. Přístroj pracuje na principu termogravimetrie, tj. obsah vlhkosti je stanoven z úbytku hmotnost vzorku sušeného teplem. Na počátku měření stanoví analyzátor vlhkosti počáteční hmotnost vzorku, vzorek je pak rychle ohříván zabudovanou halogenovou sušící jednotkou a vlhkost se odpařuje. Během sušení přístroj neustále stanovuje hmotnost vzorku a na displeji zobrazuje úbytek hmotnosti. Po skončení sušení se na displeji zobrazí jako konečný výsledek obsah hmotnosti nebo sušiny.
Obr.4.2 Analyzátor vlhkosti HB 43
4.3 Metodika měření
4.3.1
Stanovení aktivity vody
Po zapnutí přístroje hlavním vypínačem se nastaví požadovaná teplota měření. Při měření všech dodaných vzorků byla teplota nastavena na hodnotu 15° C. Zároveň se zapne počítač s programem, kde se postupně zobrazuje graf s vývojem vodní aktivity. Vzorky salámů byly před analýzou uchovávány při chladničkové teplotě a po vyjmutí nakrájeny na malé kousky a následovně vpraveny do naprosto suché měřící misky. Měřící miska se naplní do 2/3 výšky tak, aby v ní nezůstaly volné prostory vzduchu. Vzorky byly výše uvedeným způsobem odebírány v 14ti-denních intervalech, (KOMPRDA, 2004). Takto naplněná miska se vloží do měřící komůrky přístroje. Měřící hlava se položí na své místo a otáčí se ve směru hodinových ručiček, dokud to jde. Komůrka se uzavře přiklopením víka přístroje. 46
Po této přípravě vzorku se aktivuje režim analýzy v programu v PC a na přístroji. Analýza probíhá tak dlouho, dokud se hodnota vodní aktivity neustálí. V okamžiku ukončení analýzy, kdy je již hodnota aw v grafickém záznamu na monitoru PC stálá, se zjištěný údaj zapíše a dále graficky vyhodnocuje v závislosti na termínech dodávek vzorků salámů, tedy na čase.
Obr.4.3 Průběh měření aW při teplotě 15 °C Obr.4.3 představuje aplikační okno na PC ukazující změnu vodní aktivity na teplotě, měření aw u vzorku RPFU. V horní části okna se nachází graf, na svislé ose grafu jsou znázorněny dvě stupnice, jedna pro vodní aktivitu a druhá pro teplotu. Na vodorovné ose je znázorněn čas měření. V dolní levé části okna jsou znázorněny minimální, maximální a aktuální hodnoty vodní aktivity a teploty. Pod těmito parametry jsou ovladače ke spuštění a ukončení průběhu měření. V pravé dolní části okna se nachází časové počítadlo a ovládačem na aktualizaci grafu. 47
4.3.2
Stanovení vlhkosti vzorku
Po zapnutí přístroje se otevře sušící jednotka, do které se vloží prázdný držák vzorku. Sušící jednotka se uzavře a tím se nastaví váha instalovaná v analyzátoru vlhkosti na nulu. Po vytárování se vyjme prázdný držák, na který se položí vzorek. Držák se vzorkem se opět položí do sušící jednotky a ta se uzavře. Tímto je automaticky spuštěn proces sušení a měření.
Průběh měření je možné sledovat na displeji, kde je zobrazena aktuální teplota sušení, uplynulý čas sušení a aktuální stav sušení. Ukončení procesu sušení je oznámeno akustickým signálem. Naměřený obsah vlhkosti vzorku se odečte na displeji. Sušící jednotka se po vychladnutí otevře, vzorek se vyjme. Po vyjmutí vzorku se displej automaticky vymaže.
4.3.3
Označování vzorků
Dva výrobci: K , R (Kazda, Rosice) Dva druhy koření: P (paprikáš) , H (herkules) Dvě startovací kultury: F , C Dva průměry salámů: U (úzký) , S (široký) Testované kombinace: výrobce – koření – startovací kultura – průměr salámu, celkem se tedy jedná o 16 kombinací Daný odběr: všechny kombinace od jednoho výrobce, tedy 8 vzorků (od každého vzorku 2 salámy ⇒ 16 salámů), pro stanovení aw , sušiny a pH byl použit jeden směsný vzorek z těchto dvou salámů
4.3.3.1 Příklad kombinace analyzovaného vzorku
Vzorek: KHCU Výrobce : K Koření : H (herkules) Starter: C (Pediocosccus pentosaceus + Staphylococcus carnosus) Průměr: U (úzký),S (široký) 48
5
VÝSLEDKY MĚŘENÍ A DISKUZE
5.1 Tabulka naměřených hodnot vzorků salámů při teplotě 15°°C Tab.5.1 Vzorek KHCU čas aw n datum [den] [ - ] 1. 18.2. 0 0,941 2. 3.3. 14 0,893 3. 17.3. 28 0,855 4. 7.4. 42 0,788 5. 28.4. 56 0,729 6. 18.5. 70 0,763 7. 9.6. 84 0,658
Tab.5.2 Vzorek KPCU čas aw n datum [den] [ - ] 1. 18.2. 0 0,947 2. 3.3. 14 0,892 3. 17.3. 28 0,824 4. 7.4. 42 0,799 5. 28.4. 56 0,742 6. 18.5. 70 0,766 7. 9.6. 84 0,733
w [%] 45,59 30,76 24,74 21,35 16,5 15,57 15,4
Tab.5.3 Vzorek KHFU čas n datum [den] 1. 18.2. 0 2. 3.3. 14 3. 17.3. 28 4. 7.4. 42 5. 28.4. 56 6. 18.5. 70 7. 9.6. 84
aw [-] 0,935 0,898 0,84 0,788 0,754 0,736 0,663
w [%] 47,14 33,83 24,94 20,51 16,92 17,38 15,39
Tab. 5.5 Vzorek KHCS čas n datum [den] 1. 18.2. 0 2. 3.3. 14 3. 17.3. 28 4. 7.4. 42 5. 28.4. 56 6. 18.5. 70 7. 9.6. 84
aw [-] 0,947 0,93 0,912 0,883 0,85 0,931 0,795
w [%] 45,58 41,44 35,55 31,08 26,31 25,01 21,43
Tab.5.4 Vzorek KPFU čas n datum [den] 1. 18.2. 0 2. 3.3. 14 3. 17.3. 28 4. 7.4. 42 5. 28.4. 56 6. 18.5. 70 7. 9.6. 84
Tab.5.6 Vzorek KPCS čas n datum [den] 1. 18.2. 0 2. 3.3. 14 3. 17.3. 28 4. 7.4. 42 5. 28.4. 56 6. 18.5. 70 7. 9.6. 84 49
aw [-] 0,943 0,89 0,844 0,795 0,744 0,796 0,654
aw [-] 0,945 0,922 0,905 0,874 0,855 0,814 0,805
w [%] 46,14 29,75 23,57 22,03 17,24 18,52 15,94
w [%] 47,41 31,82 26,27 21,75 17,28 19,08 15,11
w [%] 46,28 40,81 35,77 32,53 26,57 25,16 22,17
Tab.5.7 Vzorek KHFS čas n datum [den] 1. 18.2. 0 2. 3.3. 14 3. 17.3. 28 4. 7.4. 42 5. 28.4. 56 6. 18.5. 70 7. 9.6. 84
aw [-] 0,94 0,936 0,894 0,884 0,84 0,804 0,729
Tab.5.9 Vzorek RHCU čas n datum [den] 1. 25.2. 0 2. 10.3. 14 3. 25.3. 28 4. 14.4. 42 5. 5.5. 56 6. 26.5. 70 7. 16.6. 84
aw [-] 0,955 0,907 0,826 0,669 0,607 0,594 0,619
Tab.5.11 Vzorek RHFU čas aw n datum [den] [ - ] 1. 25.2. 0 0,94 2. 10.3. 14 0,921 3. 25.3. 28 0,844 4. 14.4. 42 0,745 5. 5.5. 56 0,626 6. 26.5. 70 0,592 7. 16.6. 84 0,637
w [%] 47,23 39,17 32,94 27,88 53,62 23,26 19,09
Tab.5.8 Vzorek KPFS čas aw n datum [den] [ - ] 1. 18.2. 0 0,945 2. 3.3. 14 0,925 3. 17.3. 28 0,899 4. 7.4. 42 0,888 5. 28.4. 56 0,879 6. 18.5. 70 0,825 7. 9.6. 84 0,793
w [%] 47,29 41,61 36,73 34,24 27,38 25,38 22,11
w [%] 55,53 41,27 27,65 20,88 16,25 13,33 11,25
Tab.5.10 Vzorek RPCU čas aw n datum [den] [ - ] 1. 25.2. 0 0,957 2. 10.3. 14 0,923 3. 25.3. 28 0,802 4. 14.4. 42 0,665 5. 5.5. 56 0,59 6. 26.5. 70 0,604 7. 16.6. 84 0,628
w [%] 57,73 46,79 27,63 19,97 16,58 13,12 10,3
w [%] 52,36 37,88 28,61 20,31 15,64 12,89 9,1
Tab.5.12 Vzorek RPFU čas n datum [den] 1. 25.2. 0 2. 10.3. 14 3. 25.3. 28 4. 14.4. 42 5. 5.5. 56 6. 26.5. 70 7. 16.6. 84
50
aw [-] 0,952 0,915 0,805 0,724 0,604 0,581 0,63
w [%] 55,65 43,48 27,21 19,91 15,61 11,66 9,5
Tab.5.13 Vzorek RHCS čas aw n atu datum [den] [ - ] 1. 25.2. 0 0,944 2. 10.3. 14 0,927 3. 25.3. 28 0,905 4. 14.4. 42 0,87 5. 5.5. 56 0,796 6. 26.5. 70 0,755 7. 16.6. 84 0,721
Tab.5.15 Vzorek RHFS čas n datum [den] 1. 25.2. 0 2. 10.3. 14 3. 25.3. 28 4. 14.4. 42 5. 5.5. 56 6. 26.5. 70 7. 16.6. 84
aw [-] 0,947 0,93 0,935 0,867 0,811 0,729 0,741
Tab.5.14 Vzorek RPCS čas n datum [den] 1. 25.2. 0 2. 10.3. 14 3. 25.3. 28 4. 14.4. 42 5. 5.5. 56 6. 26.5. 70 7. 16.6. 84
w [%] 55,53 46,76 38,99 34,15 27,31 24,15 22,33
Tab.5.16 Vzorek RPFS čas n datum [den] 1. 25.2. 0 2. 10.3. 14 3. 25.3. 28 4. 14.4. 42 5. 5.5. 56 6. 26.5. 70 7. 16.6. 84
w [%] 52,36 44,24 40,03 35,01 27,91 24 22,2
51
aw [-] 0,944 0,936 0,903 0,837 0,743 0,723 0,733
aw [-] 0,952 0,94 0,948 0,846 0,785 0,685 0,736
w [%] 57,73 52,09 39,45 32,84 26,4 22,16 22,23
w [%] 55,65 49,7 39,92 33,34 25,75 21,7 21,78
5.2 Grafická závislost vodní aktivity na čase vzorků salámů při 15 °C
Obr.5.1 Závislost vodní aktivity na čase u vzorku KHCU
Obr.5.2 Závislost vodní aktivity na čase u vzorku RPFS
52
5.3 Grafická závislost vlhkosti na čase vzorků salámů při 15 °C
Obr.5.3 Závislost vlhkosti na čase vzorku KHCU
Obr.5.4 Závislost vlhkosti na čase vzorku RPFS
53
5.4 Srovnání průběhů závislostí dle složení vzorků Z graficky zaznamenaných průběhů jednotlivých měření bylo možné s určitostí říci, jak se chovala hodnota aktivity vody s měnícími se podmínkami měření:
Chování vodní aktivity u výrobců „K“ a „R“ Průběh grafických závislostí vodní aktivity (aw) na čase (T) u výrobce „K“ je klesající se zvyšujícím se počtem dnů na ose x , přičemž dochází ke zvýšení aktivity vody z času 56 dní do času 70 dní a z této hodnoty k opětovnému poklesu až do času konečného, tedy 84 dní. Výjimkou jsou vzorky KPCS, KHFS, KPFS, kde aw, od počátku měření, neustále klesá. U výrobce druhého, „R“, dochází opět k poklesu hodnoty aw se zvyšujícím se počtem dnů,s tím rozdílem, že v čase 70 nedochází k poklesu hodnoty aw jako u výrobce „K“, nýbrž k jejímu zvýšení a narůstá až do doby 84 dní. Vzorek RHCS jako jediný neodpovídá zmíněnému průběhu, poněvadž aw ve sledovaném časovém intervalu neustále klesá.
Chování vodní aktivity ve výrobku Herkules a Paprikáš U salámu „H“ (Herkules), je zřetelný neustálý pokles aw až do hodnoty 56 na ose x. U některých vzorků je možné pozorovat v rozmezí intervalu 56 – 84 dní buď nárůst nebo pokles aktivity vody, podobně jako ve srovnání u dvou výrobců(K, R) . Druhé použité koření „ P“ (Paprikáš), ovlivnilo průběh závislosti aw na T shodným způsobem jako s testovaným výrobkem Herkules.
Chování vodní aktivity v přítomnosti rozdílných startovacích kultur Chování vodní aktivity v úzkém či širokém průměru zkoumaných salámů vykazuje stejný trend průběhu křivek ve vynesených grafických závislostech jako případě sledování změn hodnot aktivity vody v rozdílných druzích uzeniny, tedy Herkules a paprikáš.
54
Chování vodní aktivity v rozdílných průměrech salámů Vodní aktivita v závislosti na sledovaném čase v souvislosti se změnou průměru salámů (široký, úzký) nabývá shodných hodnot jako u výše uvedených porovnání. Znamená to tedy, že zaznamenáváme pozvolný pokles aw, a zvyšující nebo snižující se hodnoty aw jsou registrovatelné až v intervalu 56 -84 dní. Pokles vodní aktivity v závislosti se zvyšujícím se časem je přisuzován odpařováním vlhkosti ze zkoumaného vzorku potraviny a výkyvy v klesajícím trendu křivky mohou být ovlivněny změnami skladovacím podmínek či dodávkách vzorků od jednotlivých výrobců.
Změny vlhkosti v závislosti na čase Při sledování vlhkosti w [%] na čase T [den] byl u všech analyzovaných vzorků zaznamenán neustálý pokles vlhkosti v celém časovém intervalu měření, s výjimkou vzorků KPCS a KHFS, kde je zřetelný výrazný vzrůst vlhkosti v čase 42 dní až do času 56 dní a z tohoto času opět výrazný pokles až do 84 dní. Tento výkyv mohl být způsobem změnou prostředí vzorků.
55
5.5 Statistické vyhodnocení metodou nejmenších čtverců
Obr.5.5 Regresní analýza vzorku KHCU
Obr.5.6 Regresní analýza vzorku KHCU
56
Obr.5.7 Regresní analýza vzorku RHCU
Obr.5.8 Regresní analýza vzorku RPFS
57
5.6 Komentář uvedených statistických ukazatelů
Metoda nejmenších čtverců slouží k statistickému zpracování naměřených údajů. Z metody vychází tvar f(x) = ax + b, lineární závislosti. V každé analýze jsou naměřená data vždy zatížena chybou měření, hledáme tedy nějakou jednoduchou funkci, která respektuje pouze charakter závislosti veličin x a y, tak, aby celková chyba aproximace byla v určitém smyslu co nejmenší. Z definované regresní rovnice je možné snadno určit směrnici (koeficient a) a dále hodnotu spolehlivosti R2. Pomocí zmíněných parametrů byly vyhodnoceny hodnoty vodní aktivity měřené v závislosti na čase, a to do 56 dní. V tomto intervalu je dle uvedených grafických závislosti zřetelný klesající lineární průběh, což potvrzují i záporné hodnoty směrnic (směrnice a < 0, funkce je klesající v celém intervalu) u vzorků KHCU, KPFS, RHCU, RPFS. Zmíněné tedy vyjadřuje, že se hodnota aw v období 0 – 56 snižovala.
U vzorků salámů KHCU, KPFS, RHCU, RPFS byla také dále určena hodnota spolehlivosti R2 , která vyjadřuje, s jakou přesností byla analýza provedena. R2 leží v rozmezí (0 – 1) a
čím více se blíže k hodnotě 1, tím jsou přesnější výsledky.
Nejpřesněji byly naměřeny výsledky u vzorku KHCU (R² = 0,9905), u vzorků KPFS, RHCU se pohybovala hodnota R2 nad 0,95. U vzorku posledního, RPFS se rovnala 0,8112 a určuje nejmenší přesnost v měření.
58
5.7 Průběh měření vodní aktivity v závislosti na teplotě
Obr.5.9 Průběh měření vzorku KHCS
59
Obr.5.10 Průběh měření vzorku RHFU
60
6
ZÁVĚR Hlavním úkolem diplomové práce bylo sledovat změny hodnot vodní aktivity a
vlhkosti v závislosti na čase v salámu Herkules a Paprikáš. Hodnoty aktivity vody a vlhkosti byly sledovány také s ohledem na složení testovaného materiálu. Vzorky pro měření se dále lišily druhem použitého koření, přídatnou startovací kulturou a v poslední řadě průměrem dodaného salámu. Naměřené výsledky byly zpracovány tabelárně, byly sestrojeny grafické závislosti. Data uvedená ve výsledcích, nebyla nijak upravována, což vysvětluje výkyvy v průbězích grafů (nárůst a následovný pokles aw v kratším časovém úseku, než byl sledovaný interval pro celkovou analýzu). Dle legislativních požadavků se hodnota vodní aktivity z hlediska zaručení zdravotní nezávadnosti sleduje u suchých fermentovaných salámů po dobu 49 dní, kdy vyhláška 246/2003 Sb. nařizuje hodnotu aktivity vody pro fermentované masné výrobky rovnu max. 0,93 během celého výrobního procesu (28 dní) s minimální dobou trvanlivosti 21 dní při teplotě 20° C. Všechny měřené vzorky vyhovovaly tomuto legislativnímu požadavku s výjimkou vzorku RPFS. Na snížení aw se kromě použitých hygroskopických přísad podílí rovněž startovací kultura, která ovšem odumírá s prodlužující se dobou skladování, a koření. Z důvodu odumírání kultury s časem je nutné dodržení doby minimální trvanlivosti spotřebitelem, dále vhodné skladování potraviny, protože výkyvy vlhkosti teploty rovněž negativně ovlivňují hodnotu aktivity vody. Trvanlivé fermentované masné výrobky vykazují kromě výrazných senzorických vlastností a stále se zvyšující oblíbenosti u spotřebitelů, vzhledem k obsahu probiotik a částečně též prebiotik, velký zdravotní význam. Fermentační výrobní technologie se tedy ve vysoké míře, a s dobrým vědeckým odůvodněním, podílejí na současném trendu nutriceuticky hodnotných potravin. Tato strava podle konceptu tzv. funkčních potravin, má nejen chutnat, ale také posilovat zdraví přítomné, preventivním účinkem chránit a bránit zdraví ohrožené, a pokud možno, svým účinkem navracet zdraví porušené.
61
7
SEZNAM LITERATURY
ANONYM. Aktivita vody v potravinách. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze. 2008.
ANDRÉS, S.C., GARCÍ, M.E., ZARITZKY, N.E., CALIFANO, A.N. Storage stability of low-fat chicken sausages. Journal of Food Engineering. 2006, vol. 72(4), s. 311-319.
ARGUELLES, A., CASTELLÓ, M., SANZ, J., FITO, P. Application of SAFES methodology in Manchego-type cheese manufacture. Journal of Food Engineering. 2007, vol. 83(2), s. 229-237.
BARBOSA-CÁNOVAS, G. V., FONTANA, J.A., SCHMIDT, S.J., LABUZA, T.P. Water Activity in Foods: Fundamentals and Applications. 2007, 440 s. ISBN 978-08138-2408-6.
BARTL, V. Vodní aktivita. Maso. 1/2001, s. 30 – 32.
BARTL, V., ERBAN, V., HARING, J., NEUŽILOVÁ, J. Vodní aktivita a kvalita potravin, Kvalita potravin, 2003, roč. 2, s. 10 – 13.
BOVOLENTA, S., BOSCOLO, D., DOVIER, S., MARGANTE, M., PALLOTTI, A., PIASENTIER, E. Effect of pork lard content on the chemical, microbiological and sensory properties of a typical fermented meat product (Pitina) obtained from Alpagota sheep. Meat Science. 2008, vol. 80(3), s. 771-779.
BURDYCHOVÁ, R. Mikrobiologická analýza potravin. Přednášky, 2008.
BURDYCHOVÁ, R. Speciální hygiena potravin. Přednášky. 2006.
ČURDA, D. Balení potravin. STNL Praha 1982, s. 428.
62
DELGADO, A.E., SUN, D. Influence of surface water activity on freezing/thawing times and weight loss prediction. Journal of Food Engineering. 2007, vol. 83(1), s. 2330.
GÖRNER, F., VALÍK, L. Aplikovaná mikrobiológia poživatin. Malé Centrum Bratislava 2004, ISBN 80-967064-9-7, s. 86-89, 110, 292-294, 361-369, 375-377, 411412.
INGR, I. Základy konzervace potravin. Skriptum MZLU Brno 2002, s. 18, ISBN 807157- 396-5, s. 119.
GUINEE, T.P., FOX, P.F. Salt in Cheese: Physical, Chemical and Biological Aspect . Cheese Chemistry, Physics and Microbiology. 2004, vol. 1, s. 207-257.
HAMMES, W.P., KNAUF, H.J. Starters in the processing of meat products. Meat Science. 1994, vol. 36(1-2), s.155-168.
JAROŠOVÁ , A. Technologie masa. Přednášky, 2008.
JURÁČKOVÁ, R. Vliv změny atmosféry na údržnost drůbežího masa. Diplomová práce, MZLU Brno 2005.
KOMPRDA, T. Obecná hygiena potravin. Skriptum MZLU Brno 2000, ISBN 80-7157276-4, s. 65 – 66.
KOMPRDA, T., SMĚLÁ, D., PECHOVÁ, P., KALHOTKA, L., ŠTENCL, J., KLEJDUS, B. Effect of starter culture, spice mix and storage time and temperature on biogenic amine content of dry fermented sausages. Meat Science. 2004, 67(4), s. 607 – 616.
63
KYZLINK, V. Teoretické základy konzervace potravin. SNTL Praha 1988, s. 354 – 356, 391 – 392, 404 – 406.
LUDEMANN, V., POSE, G., POLLIO, M.L., SEGURA, J. Determination of growth characteristics and lipolytic and proteolytic activities of Penicillium strains isolated from Argentinean salami. International Journal of Food Microbiology. 2004, vol. 96(1) , s. 13-18.
MANDL, K., HARTEL, R.W., WENDORFF, W. Effects of moisture and salt migration on cheese firmness in cheese-in-sausage products. Journal of Food Engineering. 2009, vol. 91(1), s. 164-172.
LÓPEZ DÍAZ, T.M., GONZÁLES, C.J., MORENO, B., OTERO, A. Effect of temperature, water activity, pH and some antimicrobials on the growth of Penicillium olsonii isolated from the surface of Spanish fermented meat sausage. Food microbiology. 2002, vol. 19(1), s. 1-7.
PIPEK, P., BRYCHTA, J. Údržnost masa a masných výrobků, Kvalita potravin. 2003, roč. 3, s. 5 – 7.
SEDLÁČKOVÁ, R. Vodní aktivity tvrdých sýrů v teplotovém režimu 20°C v průběhu zrání. Bakalářská práce, MZLU Brno 2006.
SIMEONOVOVÁ, J. Zpracování živočišných produktů. Přednášky 2006.
ŠTENCL, J. Potravinářské inženýrství. Skriptum MZLU Brno 1994, ISBN 80-7175127, s. 120-133.
ŠTENCL, J. Water activity of skimmed milk powder in the temrerature range of 20 – 45 °C. Acta Veterinaria Brno 68. 1999, s. 209 – 215.
64
ŠTENCL, J. Balení potravin – bariérové účinky obalů, vodní aktivita balené potraviny. Potravinářský zpravodaj. 2004, roč. 5, s. 32.
ŠTENCL, J., GOTTHARDOVÁ, J. Water activity prediction of walnuts under storing conditions in the temperature range of 20 – 40 °C. Proceedings of the memotial CIGR World Congress. 2000, s. 926 – 931.
ŠTENCL, J., KOMPRDA, T. Water activity changes of multicomponent food mixture during processing. Acta Universitatis agriculturae et silviculturae Mendelianae Brunensis LII (4). 2004, s. 111 – 118.
TICHÁ, J. Stanovování vodní aktivity v potravinách. Diplomová práce, MZLU Brno, 2003.
VELÍŠEK, J. Chemie potravin 2. Ossis Tábor 2002, ISBN 80-86659-01-1, s. 320.
Použité zákony a normy
Zákon 110/1997 Sb., o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů, pro maso, masné výrobky, ryby, ostatní vodní živočichy a výrobky z nich, vejce a výrobky z nich.
Vyhláška č. 246/2003 Sb., kterou se provádí § 18 písm. a), d), g), h), i) a j) zákona č. 110/1997 Sb., o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů, pro maso, masné výrobky, ryby, ostatní vodní živočichy a výrobky z nich, vejce a výrobky z nich.
65
8
SEZNAM TABULEK
Tab.1.1 Chemické složení masa Tab.1.2 Hodnoty aw roztoků solí, sacharosy a invertního cukru při 25ºC Tab.1.3 Úloha čistých mikrobiálních kultur ( startovacích ) při zrání tepelně neopracovaných masových produktů
Tab.3.1 Minimální limity aw pro růst mikroorganismů významných pro lidské zdraví Tab.3.2 Rozdělení potravin dle aw Tab.3.3 Enzymatická aktivita a aw Tab.3.4 Limitní hodnoty aw pro růst bakterií Tab.3.5 Limitní hodnoty aw pro růst kvasinek Tab.3.6 Limitní hodnoty aw pro růst plísní Tab.5.1 Vzorek KHCU Tab.5.2 Vzorek KPCU Tab.5.3 Vzorek KHFU Tab.5.4 Vzorek KPFU Tab.5.5 Vzorek KHCS Tab.5.6 Vzorek KPCS Tab.5.7 Vzorek KHFS Tab.5.8 Vzorek KPFS Tab.5.9 Vzorek RHCU Tab.5.10 Vzorek RPCU Tab.5.11 Vzorek RHFU Tab.5.12 Vzorek RPFU Tab.5.13 Vzorek RHCS Tab.5.14 Vzorek RPCS Tab.5.15 Vzorek RHFS Tab.5.16 Vzorek RPFS
66
9
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr.1.1 Kumulační vliv faktorů inhibujících růst mikroorganismů v potravině Obr.1.2 Výrobní diagram tepelně neopracovaného masného výrobku
Obr.3.1 Míra schopnosti vody účastnit se chemických, biochemických a mikrobiálních procesů Obr.3.2 Sušící křivka Obr.3.3 Vztah mezi adsorbcí a desorbcí vlhkosti, hystereze Obr.3.4 Sorpční izoterma 1 Obr.3.5 Sorpčníi zoterma 2 Obr.3.6 Sorpční izoterma 3
Obr.4.1 Přístroj NOVASINA AW SPRINT Obr.4.2 Analyzátor vlhkosti HB 43 Obr.4.3 Průběh měření aW při teplotě 15 °C Obr.5.1 Závislost vodní aktivity na čase u vzorku KHCU Obr.5.2 Závislost vodní aktivity na čase u vzorku RPFS Obr.5.3 Závislost vlhkosti na čase vzorku KHCU Obr.5.4 Závislost vlhkosti na čase vzorku RPFS Obr.5.5 Regresní analýza vzorku KHCU Obr.5.6 Regresní analýza vzorku KPFS Obr.5.7 Regresní analýza vzorku RHCU Obr.5.8 Regresní analýza vzorku RPFS Obr.5.9 Průběh měření vzorku KHCS Obr.5.10 Průběh měření vzorku RHFU
67
68
