Konzervárenství prodloužení poživatelnosti potravin (ovoce, zelenina, maso)
1
Nemikrobní změny potravin • vnější faktory kyslík (oxidačně redukční reakce) • • • •
odstranění prodýchání nebo prohřátí (skladování plodin) balení a vakuace přídavek enzymů (vazba a přeměna kyslíku) inaktivace oxidáz (vysoké a krátké zahřátí, přídavek antioxidantů)
světlo (radikálové reakce) • ukládaní v temnu, neprůhledné obaly
změna barvy, chuti a aroma • cukry, soli, kyseliny, třísloviny • kovy (barva+chuť) • chemické konzervanty (chuť a aroma)
2
Mikrobní změny potravin • mikroorganismy bakterie a houby • produkce enzymů a sekundárních metabolitů (toxiny) – kažení potravin
• choroboplodné mikroorganismy
• ochrana intenzita rozkladu • R=(četnost mikr.)×(virulence)/odolnost prostředí
konzervační metody • eliminace četnosti mikroorganismů • eliminace virulence (přímá inaktivace) • zvýšení odolnosti prostředí vlastní úpravou (nepřímá inaktivace)
3
• Mikrobiologie
Historie
spor o teorii samoplození spor o původ/podstatu kvašení
• Denis Papin (1647 - 1712) autokláv (tlaková nádoba zejména pro chemické procesy)
• Lazaro Spallanzani (*1729) pokus o vyvrácení teorie samoplození mikrobů → vynález konzervace
• Theodor Schwan (*1810) příčinou kvašení mikroorganismy (×Liebig)
• Louis Pasteur (*1822)
vyvrátil teorii samoplození (baňka s labutím krkem) 1857 mikroorganismy způsobují mléčné/alkoholové kvašení 1861 objev anaerobních bakterií 1865 pasterizace (pivo, víno 52,7°C, mléko 61,6°C/30min, dnes 71-72°C/20-30sec)
• Eduard Bűchner (*1860) objasnění alkoholového kvašení-enzymy (NC1907)
4
• krabicové "...."/obal John Van Wormer (USA) • myšlenka plnit mléko do papírových obalů (jednoho rána, když se mu "podařilo" rozbít láhev mléka a rozlít mléko po podlaze). • 1915 patent Obal "Pure-Pak" (symbol: obal je na jedno použití)
Ruben Rausing a Erik Wallenberg (SWE) • 1944 papír potažený plastovou folií • 1951 společnost AB Tetra Pak. (100 ml “tetrapaků” smetany). • 1959 Tetra Brik, krabicové mléku ve tvaru cihly.
• chlazení/mražení 1607 Blasius Villafranca, IT, lékař Methodus refrigerandi L. Tancredus vyrobil první umělý led v Evropě 1790 W. Cullen, GB, lednička 1834 Jakob Perkins, USA patent na chladicí stroj s éterovými parami, chladicím hadem a výparníkem 1869 Ch. Tellier, FR, čpavkový chladicí stroj 1875 Karl Paul Gottfried von Linde, DE, čpavkovým chladicím strojem stroj s kompresorem 1930 v prodeji první zmražené potraviny v balíčcích 1939 v prodeji první potraviny před zmražením tepelně zpracované
5
Konzervační metody
• eliminace četnosti mikroorganismů pouze u ovocných šťáv, vín a mléka
• mikrobiologická filtrace (deskové filtry) • membránová ultrafiltrace (2-200nm) • baktofugace (odstranění termorezistentních spor odstředěním)
• zvýšení odolnosti prostředí vlastní úpravou (nepřímá inaktivace) fyzikální: vlhkost, teplota, atmosféra chemické: (uzení, konzervanty) biologické (kvašení)
• eliminace virulence (přímá inaktivace) dosažení obchodní/praktické sterility • fyzikální děj/chemické činidlo • metody: viz pokračování
6
Termosterilace (přímá inaktivace)
• kyselé potraviny (pH<4.0)
ovoce, okyselená zelenina, marinované maso pasterační teplota (70-100oC): kvasinky, plísně, nesporulující bakterie
• málo kyselé potraviny (pH>4.0) pasterace (115-125oC/minuty): sporulující bakterie částečná/úplná inaktivace enzymů (diagram)
• provedení
uzavřené obaly (vodní/parní lázně, autokláv) ultrapasterace-uperace (tlaková sterilace horkou parou) klasický odporový ohřev (75oC/15min) kontinuální odporový ohřev (95-145oC) vysokofrekvenční ohřev • střídavé el. pole (150MHz) • mikrovlny (25000MHz)
7
• Diagram termoinaktivace u kyselých potravin
A-mikroflóra kyselých potravin B-bakterie kyselých potravin C-oxidoreduktázy ovoce D-Paecilomyces vari
• Diagram letality mikroorg. nekyselých potravin A-normálně rezistentní sporulanti B-velmi rezistentní sporulanti C-Clostridium botulinum (pH>5.6)
8
Ostatní přímé inaktivace • sterilace krátkovlnným a elektronovým zářením rychlé usmrcení bez ohřevu potravin • beta-záření (elektronové, 0.5-10MeV) • gama-záření (velmi krátkovlnné, λ=0.1-1000nm) • ultrazvuk dávka: • radiopasterace (1kJ/kg): nesporulující mikroflóra • radiosterilace (10kJ/kg): bakteriální spóry
• chemosterilace aktivní kyslík, stříbrné ionty (dezinfekce vody) diethylester kys. diuhličité (ovocné šťávy) peroxid vodíku, ethylenoxid, methylbromid, ...
9
Nepřímá inaktivace-fyzikální • osmoanabiózy (vysoušení, zvýšení osmotického tlaku) obsah vody na 13% (zelenina), 25% (maso) rychlé a šetrné sušení (POZOR!-termolabilní složky), NESMÍ SE PŘESUŠIT!!!! • odpaření (ovocné šťávy, zeleninové protlaky) • vyvaření nebo vymražení • membráová ultrafiltrace • přídavek osmoticky aktivních látek (soli, cukr, ...)
• psychro/kryoanabióza (snížení teploty) rychlost rozkladných procesů se s teplotou snižuje: Q10=k(t+10)/kt kt-rychlost reakce při teplotě t, k(t+10)-..., chladírenství (T~4°C) mrazírenství (T -30 až -18°C, rychlé zmražení-mikrokrystaly ledu): voda přestává být reakčním prostředím
• anoxie (bez kyslíku) atmosféra s regulovaným obsahem O2 (3%O2, 5-15%CO2, zbytek N2, T~2°C, relativní vlhkost 85-90%) impregnace ovocných šťáv (do 1.5% (w/v)CO2, T>15°C, pH<4)
10
Nepřímá inaktivace-chemická • přídavek rafinovaných chemikálií látky zdraví neškodné, neovlivňující chuť, aroma, barvu, ...) kys. benzoová, sorbová, mravenčí malé množství (0.1-0.01%, w/w), omezováno
• uzení bakterio/mykostatické látky kouře: kys. mravenčí, octová, metanol, aceton, krezoly • dlouhodobé uzení studeným kouřem (suché salámy) • uzení horkým kouřem (měkké salámy, chuťové nabohacení) • umělé uzení (nahrazení kouře atmosférou směsi látek)
• ostatní
etanol (13-30%, v/v): zabití mikroorg., brání klíčení spór org. kyseliny: octová, mléčná, citronová, jablečná antibiotika:nisin (S. lactis), primaricin (S. natalensis) fytoncidy: allicin (česnek, cibule, křen), skořicový aldehyd)
11
Nepřímá inaktivace-biologická • kontrolovaný mikrobiální proces • tvorba přirozených konzervačních činidel etanolové kvašení • kvasinky rodu Sacharomyces • ovocné šťávy, pivo, víno, ...
mléčné kvašení • Lactobacillus brevis, L. plantarum • tvorba kys. mléčné a octové (pH<3.7), antibiotik, etanolu, CO2 • zelenina (kyselé okurky, zelí, ....)
12
Technologie zpracování ovoce a zeleniny •
zabránění procesů třísloviny, heteroglykosidy, barevné látky (Δ chuti, barvy a aroma) kyselina L-askorbová (dehydrogenace, hnědavé tóny) depolymerace a zmýdelnění pektinů (konzistence)
sklizeň praní KUSOVÝ CHARAKTER
EXPEDICE
jakostní třídění
VÝROBA PROTLAKŮ odstopkování odpeckování, odjadřincování rozváření loupání
drcení úprava drtě lisování
velikostní třídění dělení
VÝROBA ŠŤÁV
pasírování baleni
čiření ultrafiltrace separace kalů
blanšírování konzervace EXPEDICE
13
Technologie masa-složení
• bílkoviny
sarkoplasmatické (myoglobin, myoben-cytoplazmatické) rozpustnost ve vodě myofibrilární (aktin, myosin-myofibrily) rozpustnost nad 2% NaCl stromatické (kolagen-b. membrány+pojivo) nerozpustné
• tuky intramuskulární (křehkost a chuť=jakost, bílá kresba-mramorování) zásobní (tuková-adiposní tkáň)
• ostatní minerály (fosfáty, Ca, K, Fe, Mg, ...) vitamíny (B=B2 riboflavin a B12, D, E, A) extraktivní látky (aminokyseliny, peptidy, kreatin, ...)
• barva (hem: myoglobin, hemoglobin-vykrvení) oxymyoglobin (MbO2)=rumělkově červený
Fe2+
• MB+O2→ MbO2
oxidace Fe2+→Fe3+ (metMb)=hnědý, hnědošedý
N
N
N
N
• Mb+2H++1/2O2→ 2metMb++H2O
nitroxyhemochrom (MbNO)=růžový • Mb+H++NO2-→ metMb+NO → MbNO
14
Technologie masa-konzervace • • • • •
chladírenské a mrazírenské uchování solení uzení sušení zabránění procesů ovlivňující chuť a aroma opožděné vykrvení, vyčerpání zvířat (malý pokles pH)→ tmavé, tuhé, suché (myopathie) neúplná oxidace sacharidů (svalový glykogen)→nasládlé trvalé okyselení kys. mléčnou (pH~5.3) →kyselé částečná denaturace bílkovin (rychlý pokles pH)→bledé, měkké, vodnaté enzymová katalýza pomalé snížení T → mechanické poškození tkání krystaly vody zmýdelňování tuků a oxidace FA →žluknutí
15
Chladírenské a mrazírenské uchování • změny v mase postmortem pre-rigormortis (max glykogen a ATP, pH6.9-7.2) • glykogen →anaerobní glykolýza→kys. mléčná (pH5.5) rigor-mortis (posmrtná ztuhlost) • vyčerpání glykogenu a ATP, tvorba aktomyosinu, nízké pH (CO2, Pi, kys. mléčná), špatná vazba vody zrání (opětovné uvolnění) • proteolýza bílkovin, vazba vody, nárůst pH →chuť a aroma • vaznost= vázaná/celková voda – hydrofilní fční skupiny bílkovin+imobilizovaná mezi b. strukturami
hluboká autolýza • rozklad bílkovin na peptidy a aminokyseliny, hydrolýza tuků →nepříjemné aroma a chuť, mikrobiální kolonizace
• odvěčnění (zrání 10-14 dní~0°C) optimalizace vlhkosti (růst psychrotrofních org.×hmotnostní ztráty)
• chlazení (vysoká rychlost limitována chladovým zkrácením→nevratně tuhé maso × mikrokrystaly vody)
• zmrazení (vždy až po odeznění rigormortis!!!) dlohodobě na -18°C, zhoršení kvality sublimací vody, oxidací hemu, ...)
16
Solení přídavek 2-3% (w/w) zvýšení údržnosti, ovlivnění chuti, barvy a soudržnosti (rozpouští myofibrilární bílkoviny) technologie provedení • naložení do láku (týdny) • nastříknutí nebo vmasírování
• solící směsi s NaCl: • NaNO2 (rychlosůl), NaNO3 (sanitr)- nutná redukce mikroflorou, polyfosfáty (zvýšení vaznosti), kys. askorbová/askorban (redukce dusitanů, metmyoglobinu), lakton kys. D-glukonové (okyselení fermentovaných salámů), sacharidy (substrát pro mikrofloru), koření/extrakty
směs s dusitanem (0.5-0.6%, toxický, karcinogenní nitrosaminy) • inhibice sporulojících organismů (Clostridium botullinum) • tvorba chuti, vůně a růžové barvy (nitroxymyoglobin) • bez dusitanu šedohnědá barva (metmyoglobin)
17
Uzení, sušení a tepelné opracování • uzení zvýšení údržnosti=teplo+kouř žádané organoleptické vlastnosti (aroma, chuť) udící kouř (disperzní soustava) • plyny (N2, O2, CO2, H2O), alkoholy (MetOH), aldehydy, ketony (aceton), kyseliny (octová), estery, pyridin, fenoly, karcinogenní látky (PAU)
druhy udícího kouře (z tvrdého dřeva-bukové) • horký, 80-90°C, salámy • teplý, 60°C, uzená masa (1-3h, dusitanová směs), slanina • studený, 18-23°C, lovecký salám, poličan
• sušení a tepelné opracování zvýšení údržnosti, úprava organoleptických vlastností sušení tepelně opracovaných výrobků (7-14 dní), turistický • tepelná úprava uprostřed výrobku (70°C, 10min) • ochlazení (rychlé překonání oblasti 20-40°C~mikroorg.)
sušení fermentovaných výrobků (až 5 týdnů)
• fermentace (Lactobacillus, Streptococcus) tvorba kys. mléčné, snížení pH, snížení aktivity vody
18
