Změny probíhající v potravinářských surovinách a potravinách při skladování a zpracování
Principy úchovy potravin Potraviny a potravinářské suroviny jsou neúdržné materiály, pozvolna nebo rychleji podléhají nežádoucím změnám
Cíle: zabránit změnám, prodloužit skladovatelnost zajistit očekávané vlastnosti – chuť a vůni produktu zajistit zdravotní nezávadnost
Fyziologické
Enzymové
Chemické
Mikrobiologické
Fyziologické změny
Fyziologické změny Živá rostlinná pletiva a živočišné tkáně: Dynamická rovnováha (procesy v organismu probíhají organizovaně, fyziologické reakce na sebe navzájem navazují)
Sklizeň (ovoce ,zelenina) Porážka (maso) Přerušení dynamické rovnováhy (hromadění reakčních produktů, které nejsou metabolizovány) Změny Žádoucí + nežádoucí
Nedodržení welfare (vady masa)
Faktory ovlivňující zdravotní stav zvířat Poškození chladem
Ovoce Zelenina
Minimální bezpečná teplota skladování (°C)
Projev poškození chladem při skladování za nižší než bezpečné teploty
jablka
1-2
vnitřní hnědnutí, měknutí
avokado
7
banány
13
tmavnutí
okurky
7
vysýchání, krabacení, tvorba jamek
lilek
7
jamky, prohlubně na povrchu, zvětšení stopky
grapefrui t
7
krabacení, prohlubně na povrchu, vodnatění, vnitřní hnědnutí
mango
10
vnitřní tmavnutí
čerstvé olivy
7
vnitřní tmavnutí
Nedostatek vody Teplotní stres Mechanické poškození Tkáňové dušení
vnitřní hnědnutí
Enzymové změny Fyziologické změny Poškození chladem Mechanické poškození
Nedostatek vody Tkáňové dušení
Teplotní stres
Katalyzované enzymy: Přirozené - Extracelulární produkované přítomnou mikroflórou -
Rozvoj změn: - mechanickém porušení pletiva - technologické zpracování - loupání, dělení, lisování, pomalé zmrazování vlivem tvorby velkých krystalů ledu
1
Rozdělení enzymových změn potravin Skupina enzymů
Důsledky změn
lipoxygenasy, lipasy a proteasy
změny chuti a vůně (cizí přípachy, chutě, nesprávně vyrobená zmrazovaná zelenina apod.)
pektolyticke a celulolyticke enzymy
změny konzistence (měknutí, tvorba sedimentů v citrusových nápojích apod.)
polyfenoloxidasy, chlorofylasa a částečně peroxidasa
změny barvy (enzymové hnědnutí, degradace chlorofylu)
askorbatoxidasa, thiaminasa , polyfenoloxidasy
snížení nutriční hodnoty (rozklad vitamínu, snížení stravitelnosti bílkovin)
Enzymové hnědnutí potravin
Chemické změny
Chemické reakce složek potravinářských surovin a potravin :
navzájem o s exogenními látkami, které se do potravin dostávají během zpracování (kyslík, ionty kovů, aditivní látky, složky obalů, kontaminující látky apod. Procesní kontaminanty o
o o o
Oxidační změny Reakce neenzymového hnědnutí Reakce s exogenními látkami
VODA 1. Universální rozpouštědlo (sůl, vitamíny, cukry, plyny, barviva) pigment) 2. Vliv na texturu, organoleptické vlastnosti 3. Chemické reakce (hydrolýza, oxidace) 4. Nezbytná pro růst mikroorganismů, enzymy
čerstvé maso chléb marmeláda mouka hrozinky těstoviny kakaový prášek sušenky
Obsah aw Potřebná míra vody ochrany % 70 0,985 40
0,96
35 14,5 27 10 4–6
0,86 0,72 0,60 0,45 0,40
5
0,20
Obal k zamezení ztráty vody odparem
obal k zamezení k vlhnutí z prostředí
0,11 0,08
Mikrobiologické změny
Oxidace lipidů Změna chuti, vůně a barvy, žluknutí vliv na spotřebitele, ekonomické ztráty Ztráta nutriční hodnoty, esenciální MK, vitamíny Zdravotní riziko toxické látky
Potravina
sušené 3,5 mléko bramborové 1,5 lupínky
Exogenní kontaminace
enzymová oxidace fenolových sloučenin při porušení pletiva oxidoreduktasami za přítomnosti kyslíku→ * chinony → * barevné pigmenty pozitivní (fermetace čaje, kakaových bobů, hrozinek..) nežádoucí (hnědnutí jablek, brambor, hub)
nejvýznamnější změny možné ohrožení zdraví konzumenta snížení nutriční a senzorické hodnoty potraviny znehodnocení potraviny
Mikroorganismy působící kažení potravin -
Mikroorganismy jako původci onemocnění
změna vůně, barvy nebo konzistence potravin, nemusí být nutně škodlivé pro člověka. –
např. patogenní bakterie - infekční dávka
Mikroorganismy vytvářející toxiny (jedy) nemusí nevykazovat žádnou změnu vůně, chuti nebo vzhledu
2
Vybrané infekční nemoci v ČR v letech 1999-2015 - absolutně
Mikrobiologické změny Míra kontaminace = počet mikroorganismů ovlivňuje rychlost zkázy
Infekční dávka Kontaminace Pomnožení Přežití
Faktory ovlivňující růst mikroorganismů
Růstová křivka mikroorganismů Počet bakterií
1 – přežívání, adaptační fáze tzv. lag fáze 2 - logaritmický růst (množení) 3 - stacionární fáze 4 - fáze odumírání (úhyn)
3 2
4
1
živin
Teplota čas
Počet bakterií
Růst Optimální podmínky ) Nevyhovující podmínky ( )
Dostupnost
(
Obsah
vody v potravině – aktivita vody aw pH potraviny Redox potenciál
čas
Dostupnost živin
Teplota Sterilace Destrukce bakteriálních spór
+100°C
Intenzita
růstu a množení mikroorganismů je tím vyšší, čím vyšší je nabídka živin a čím jsou živiny lépe dostupné. Rychlejší zkáza -potraviny s pestrým složením snadno dostupných živin (maso, mléko, vaječné hmoty atd.)
Pasterace Destrukce většiny bakterií
konec růstu +65°C
termofilní bakterie Zóna růstu patogenních bakterií Mezofilní bakterie
+10°C Psychrotrofní bakterie Psychrofilní bakterie
Konec růstu bakterií
Chladírenské zpracování 0°C -10°C
Zmrazování
-20°C Konec růstu plísní
Hluboké zmrazování
3
Vliv záhřevu na mikroorganismy
Inaktivace mikroorganismů teplem – faktory ovlivňující průběh termosterilace •Vlastnosti mikroorganismů •Složení potraviny
•Vlhkost prostředí •Kyselost prostředí •Výchozí koncentrace mikroorganismů •Doba působení teploty
Aktivita vody aw Inaktivace mikroorganismů teplem - vliv výchozí koncentrace mikroorganismů
Inaktivace mikroorganismů reakce 1. řádu dC k C d
po integraci
Závisí na druhu potraviny a není shodná s obsahem vody Např. ovoce s 80 % vody a mouka s 20 % vody mají stejnou hodnotu a w
hodnota aw nezbytná pro růst:
Aktivita vody aw aw = pw/pw0
pw … parciální tlak vodní páry nad potravinou pw0 … parciální tlak vodní páry čisté vody teplota
C … koncentrace mikroorganismů … čas k … rychlost destrukce mikroorganismů t …teplota - konstantní
aw vyjadřuje množství volné vody využitelné pro mikroorganismy
1
C k log 0 1 1 2 C1 2,303
bakterie > 0,91 kvasinky > 0,87 plísně > 0,70
vodní aktivita aw
příklady potravin
0,1 - 0,2
cerálie, cukr, krekry, sůl, sušené mléko
0,60
med, čokoláda, špagety, nudle, sušenky
0,60 - 0,85
džemy, rosoly, sušené ovoce a zelenina, parmezán, silně solené ryby, ořechy, sušené vaječné obsahy
0,85 - 0,93
fermentované salámy, slazené kondenzované mléko, sušené maso, syrová šunka, slanina
Staphylococcus aureus se rozmnožuje, ale netvoří toxin, plísně se rozmnožují včetně tvorby toxinogenních (produkce mykotoxinů)
0,93 - 0,98
kondenzované mléko, rajský protlak, chléb, ovocné šťávy solené ryby, tepelně opracované salámy, sýry
Staphylococcus aureus se rozmnožuje a tvoří toxin, kvasinky a bakterie se rozmnožují pomaleji, e snižující se vodní aktivitou některé ukončují růst
0,98 - 0,99
mléko, čerstvé maso, ryby, konzervovaná zelenina, ovocné kompoty, vejce
mikroorganismy se nerozmnožují, nerostou, přežívají, jejich počet postupně klesá mikroorganismy se nerozmnožují, nerostou, přežívají po dlouhou dobu plísně (při aw 0,80 nedochází k produkci mykotoxinů), mikroorganismy přežívají
konstantní
aw = /100
… rovnovážná vlhkost vzduchu (vyjadřuje se v procentech a nabývá hodnot 0 až 100%)
aw = 0 - 1
mikroorganismy schopné růstu
všechny mikroorganismy rostou a rozmnožují se
4
pH prostředí
pH
mezní hodnota pH 4,0
Minimální a maximální hodnoty zjištěné pro různé potraviny
hranice pod kterou neklíčí spory sporulující bakterie Bacillus coagulans Potraviny kyselé pH < 4 Potraviny málo kyselé pH > 4
Zelenina
4,9 – 7,5
Mléčné výrobky
5,5 – 8,5
Ovoce
2,2 – 4,1
Pečivo, pekařské výrobky
5,3 – 8,5
Maso
5,3 – 6,8
Vejce
6,4 - 9
Hodnota pH většiny potravin umožňuje růst mikroorganismů
Redoxní potenciál (přístup kyslíku)
oxidoredukční potenciál ( EH) - určuje množství dostupného kyslíku v daném prostředí pozitivní oxidoredukční potenciál - přítomnost silně oxidačních látek, O2 negativní potenciál - přítomnost redukujících látek obligátní nebo striktní aeroby – pseudomonády, plísně obligátní anaerobové - stopová množství kyslíku toxická, Clostridium fakultativně aerobních - rostou jak v přítomnosti, tak nepřítomnosti kyslíku mikroaerofilních mikroorganismů - pro růst kyslík vyžadují, ale v koncentracích mnohem nižších než je ve vzduchu - např. rod Laktobacillus.
Není absolutní konzervační metoda, část mikroflóry potlačí, část podpoří
Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Campylobacter Optimální teplota růstu 40 – 45 °C, nepřežívají pasterační teploty, pod 28 °C neroste Přežívají při chladírenských teplotách (několik týdnů) a v mražené drůbeži (několik měsíců) Výskyt: zažívací trakt divokých a domácích zvířat, povrchové vody Enterokolitidy Inkubační doba 1 – 11 dní 3 – 5 dnů, horečka, silné bolesti břicha, průjmy Problémy působené specifickými toxiny
Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění
Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění
Listeria monocytogenes
Salmonella
Roste v 0 – 42 °C Pod pH 5,5 ustává růst, tolerantní k NaCl (toleruje i 16 %) Široký výskyt v přírodě, součást gastrointestinální mikroflóry Inkubační doba 1 – 90 dní, obtížná identifikace potravního zdroje nákazy Systémová onemocnění (meningitida, sepse, záněty plodových obalů, porod mrtvého plodu, předčasný porod)
Projevy onemocnění od mírné chřipky po meningitidy
Těhotné ženy – může dojít k transplacentární infekci plodu a končit potratem nebo předčasným porodem 20 % infekcí smrtelných nebo vede ke smrti plodu / novorozence Potraviny: syrová zelenina (coleslaw), mléčné výrobky (pasterizované mléko, měkké sýry), paštiky, hotové pokrmy, nedostatečně upravené kuřecí, lahůdky
Růst 5 – 47 °C, optimum 37 °C Salmonelózy střevní 6 – 48 hodin od konzumace, průběh závisí na velikosti infekční dávky a zdravotním stavu Salmonelózy systémové Inkubace 10 – 20 dnů (ale i 56) Průnik salmonell do lymfatického systému, do centrální oběhové soustavy, ve druhém stadiu se usazují ve žlučníku. Pacient se může stát bacilonosičem. Léčba antibiotiky ale i chirurgické odstranění žlučníku. Zoonotická infekce (hlavní zdroj nákazy je infikované zvíře) Maso, mléko, drůbež, vejce při nedostatečné tepelné úpravě
5
Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Escherichia coli
Přehled hlavních původců alimentárních onemocnění Staphylococcus aureus
Růst 7 – 48 °C, optimum 37 °C
Výskyt: kůže, kožní žlázy, mukosní membrány teplokrevných zvířat, u člověka horní cesty dýchací (20 – 50 % zdravé populace); způsobuje hnisavé onemocnění na kůži
Inkubační perioda 1 – 6 hodin, příznaky odezní do 2 dnů
Příznaky: žaludeční nevolnosti, křeče, zvracení, průjmy, bolesti hlavy, pocení, pokles teploty Kontaminace od obslužných pracovníků (hnisavé rány)
Indikátor fekální kontaminace pitné vody Některé sérotypy patogenní 2 typy onemocnění • Extraintestinální onemocnění (močové cesty, infekce ran, hnisavé procesy) • Intestinální infekce (průjmy)
• • • •
Konzervační metody
R=
Vylučování mikroorganismů z prostředí
Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) (usmrcení MO – potravina obsahuje nižší počet MO než před zákrokem)
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) (zvýšení odolnosti potraviny)
Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) Fyzikální metody
Vylučování mikroorganismů z prostředí potraviny
Omezení kontaminace během zpracování čistota místností, strojů, nářadí (sanitace) čistota vzduchu čistota vody čistota vedlejších surovin čistota pracovníků
Ochuzování potravin o mikroorganismy praní suroviny (voda, voda s desinfekční činidla) čiření
Vylučování mikroorganismů z potravin filtrace (ultrafiltrace) baktofugace
Zdroj infikované hovězí maso Hemoragická kolitida Výskyt onemocnění v dětském věku, nejen v rozvojových zemích Často smrtelné
Přehled metod
R - intenzita rozkladu potraviny četnost MO . odolnost MO ---------------------------------------------odolnost potraviny
Enteropatogenní – volává novorozenecké průjmy (až smrt!) Enterotoxigenní – kolonizace střeva, průjmy; výskyt v teplých oblastech Enteroinvasivní – podobné Shigelle Enterohemoragické – toxinogenní
• Sterilace zvýšenou teplotou Přívod tepla (obvyklé zahřívání) Odporový ohřev Dielektrický ohřev Infračervený ohřev
• • • • •
Konzervace ionizujícím zářením Sterilace střídavýn tlakem (ultrazvukem) Konzervace vysokým hydrostastickým tlakem Konzervace vysokointenzivním pulsujícím elektrickým polem Konzervace vysokointenzivními záblesky světla
6
Potraviny konzervované tepelným zákrokem Blanšírování
Blanšírování Tepelná
Pasterace Sterilace Frakcionovaná
sterilace (tyndalace)
Praktická
sterilita Absolutní sterilita
úprava (ovoce a zeleniny) Inaktivace enzymů Úprava konzistence Odstranění vzduchu Zákrok předchází další způsoby konzervace Voda (přídavek NaCl, kys.citronová) Pára
Pasterace Záhřev
na teploty do 100 °C Inaktace vegetativní formy mikroorganismů Konzervace kyselých potravin (potravin jejichž pH je menší nebo rovno 4,0). Nekyselé potraviny (hotových pokrmů apod.) je pasterace doplněna dalším zákrokem např. konzervací sníženou teplotou.
Tyndalace sterilace záhřev na teploty do 100 °C provedený v průběhu jednoho až několika dnů Konzervace nekyselých potravin Inaktivace přítomných bakteriálních spór po jejich vyklíčení
Sterilace Záhřev
na teploty vyšší než 100 °C (obvykle 121,1 °C) Inaktivace vegetativních formy mikroorganismů včetně bakteriálním spór Konzervace nekyselých potravin (potravin jejichž pH je vyšší než 4,0)
Faktory ovlivňující průběh tepelného zákroku
Frakcionovaná
Vlastnosti
Opakovaný
Složení
mikroorganismů potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Vliv výchozí koncentrace mikroorganismů na počátku příliš mnoho buněk nemusí teplota stačit Vliv doby, po kterou teplota působí
7
Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) Chemické metody
Zhodnocení obecně Objem termosterilovaných výrobků klesá, rozvíjí se modernější technologie - chladírenské a mrazírenské. Sterilační záhřev je obecně méně šetrný k nutriční a senzorické hodnotě. Prognóza - zůstane významnou konzervační metodou, objem se dále sníží, produkce tradičních výrobků jiným způsobem je nemožná. Vývoj - odlehčování obalů, easy open konzervy, vyšší používání speciální sterilovatelných plastových obalů (i papírových) obalů.
• Desinfekční činidla • Ozon
• Stříbrné ionty • Dimethyl dikarbonát (velcorin)
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa)
Desinfekční činidla Sloučeniny
chlóru
Fyzikální a fyzikálně chemická úprava potraviny
•
Sušení Zahušťování v odparkách Vymrazování vody Proslazování Konzervace jedlou solí
Peroxidy
Peroxooctová kyselina Peroxid vodíku
NaOH HNO3
Kvarterní
amoniové báze Neionogenní tenzidy
Osmoanabiosa
snížení vodní aktivity zvýšením osmotického tlaku
Sušení
Metody Sušení
horkým vzduchem kontaktním sušením sublimačním sušením
Zakoncentrování
odpařováním membránovými procesy vymražováním
Proslazování Solení
Snižuje
se obsah vody
Potravina:
dodání: teplo, energii (tepelnou energii) – musí být v rovnováze přívod tepla a množství spotřebovaného tepla na odpaření vody) odvedení: voda
8
Zahušťování Výrobky:
sušina 65 %, kyselé, údržné
Protlaky Koncentráty
Proslazování, solení
Přídavek složky, která na sebe váže vody Snížení aw
Cukr
Sůl Alespoň 20 % - chuťově nepřijatelné (magy, zelenina, střeva) Přijatelné 1-2 % Osmoanabiosa + chemoanabiosa
Konzervace sníženou teplotou
Údržnost Produkty
s vysokým obsahem osmoaktivních látek (cukrů nebo soli), jejichž vodní aktivita je velmi snížená (pod 0,6) jsou při zamezení zvlhnutí samoúdržné Potraviny, u kterých byl obsah vody snížen jen částečně musí být konzervovány ještě dalším zákrokem (chlazení, chemicky apod.) Sušení ovoce a zeleniny předchází blanšírování.
Chladírenství Mrazírenství Konzervace sníženou teplotou (zmrazování, chlazení) může navazovat na další konzervační zákroky jako pasterace nekyselých potravin, použití látek s chemoanabiotickým účinkem apod.
Chlazené potraviny
Produkty rychle vychlazené na teplotu skladování Rychlé ochlazení - překonání teploty nejvyššího růstu mezofilních mikroorganismů a snížení teploty pod teploty růstu salmonel, listerií a dalších rizikových kontaminantů.
Chladírenské skladování
Teplota skladování -1°C až +1°C (syrové ryby, syrové maso, mleté maso, polotovary ze syrového masa)
Teplota skladování -1°C až 4°C (tepelně opracované výrobky)
Vlhkost
9
Konzervace potravin zmrazováním
Chladírenské skladování ovoce a zeleniny Ovlivnění
fyziologických procesů - jejich zpomalení nebo urychlení Teploty limitovány zdola teplotou vyvolávající poškození chladem Teplota poškození chladem je teplota, pod kterou nastávají nežádoucí fyziologické změny vedoucí ke zkáze ovoce a zeleniny.
Konzervační princip: Zpomalení nebo zastavení nežádoucích změn (teplota) Snížení podílu využitelné vody pro mikroorganismy Snížení aktivity vody v potravině
Druhy potravin: ovoce
celé, proslazené, ovocná pyré, ovocné koncentráty zelenina rybí filety, mořské plody, rybí polotovary, maso, uzeniny, polotovary z masa pečivo, těsta hotové pokrmy, polotovary pro přípravu pokrmů
Zmrazené potraviny Vyrobené s dostatečnou rychlostí zmrazování Skladované při -18 °C s omezení výkyvů teploty Rychlost zmrazování – tvorba krystalů Rozmrazený produkt je obvykle citlivější mikrobiálním změnám než tomu bylo před zmrazením
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Chemická úprava potraviny (chemoanabiosa)
Potraviny konzervované chemicky Chemosterilace Potraviny a polotovary stabilizované přídavkem látek usmrcujících mikroorganismy Chemoanabiosa Potraviny a polotovary stabilizované přídavkem látek zpomalující životní pochody mikroorganismů
•
Chemická konzervace Konzervace rafinovanými chemikáliemi Uzení
•
Konzervace umělou alkoholizací a okyselováním Ethanol Organické kyseliny
• •
Konzervace antibiotiky Konzervace fytoncidy
Chemická konzervovadla mohou být použita pouze ke konzervaci kyselých potravin (do pH 4,0)
10
Chemoanabiosa chemické
konzervační látky
antibiotika fytoncidy přirozené
antimikrobní látky vyskytující se v potravinách úprava potravin zahrnující chemoanabiotický účinek (uzení, marinace, okyselování, solení apod.)
Chemická konzervovadla oxid
siřičitý, siřičitany kyselina benzoová kyselina sorbová estery kys. parahydroxybenzoové
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Biologická úprava potraviny (cenoanabiosa)
Chemická konzervovadla Požadavky
: účinek při nízkých koncentracích neškodnost lidskému zdraví bez vlivu na senzorické vlastnosti potraviny bez příměsí (těžké kovy, meziprodukty z výroby apod.)
Potraviny konzervované cenoanabiozou (biologickými metodami konzervace)
Výrobky konzervované mléčným kvašením (zelí), alkoholické nápoje, kysané mléčné výrobky, sýry apod.
Mikroorganismy cíleně pěstované vytvoří očekávané senzorické látky charakteristické pro produkt, zároveň produkují metabolity inhibující konkurenční mikrofloru (ethanol, kyselina mléčná, antibiotika) Finální výrobek může obsahovat živé mikrobiální buňky, mikroflora může být po vytvoření požadovaných vlastností odstraněna, nebo inaktivována. Cenoanabioza je kombinována s dalšími zákroky např. pasterací, chlazením apod.
• • • •
Konzervace kvašením sacharidů alkoholické kvašení mléčné kvašení Konzervace proteolýzou Ochranné kultury Bakteriofágy
Potraviny konzervované fyzikálními zákroky Nezabíjí záhřev Konzervace ionizujícím zářením -záření
Sterilace střídavýn tlakem (ultrazvukem) působení ultrazvuku, který přítomných mikroorganismů
vede
k
usmrcení
Konzervace vysokým hydrostastickým tlakem vystavení potraviny účinku vysokého tlaku (až 10000 atm) po dobu několika minut, při kterém dojde k usmrcení mikroorganismů.
11
Bariérová teorie
Vysoký hydrostatický tlak
Čerstvé nebo minimálně opracované potraviny - „Překážkový efekt“
Izostatický tlak 100 - 1000 MPa po dobu několika minut Le Chatelierův princip Každy jev (fázový přechod, přeměna molekul, chemická reakce), který je doprovázen změnou objemu je ovlivňován tlakem Pascalův zákon Tlak je přenášen okamžitě ve všech směrech a celém objemu vzorku.
Kombinace několika konzervačních zákroků, které samotné nestačí na stabilizaci, ale společně vytváří systém překážek, bariér proti růstu mikroorganismů
Děkuji
Tepelné opracování (každý záhřev nad 65 °C vede ke snížení počtu mikroorganismů) Vychlazení, dodržování chladírenského řetězce, případně zmrazování, udržování mrazírenského řetězce Snížení pH (kde je možné) Snížení aktivity vody (kde je možné) Použití látek s konzervačním účinkem ( např.sůl, cukr, kde je možné - okyselení apod.) Úprava přístupu vzduchu (většinou zamezení přístupu vzduchu - vakuové balení apod.) Použití ušlechtilé mikroflóry (např. kysané výrobky, sýry, fermentované salámy…)
za pozornost
12
