Ústav konzervace potravin
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Fakulta potravinářské a biochemické technologie Technická 3. 166 28 Praha 6
Principy úchovy potravin Skladování čerstvého ovoce a zeleniny Chladírenské a mrazírenské skladování potravin Zpracování ovoce a zeleniny Technologie masa
Principy úchovy potravin, metody konzervace potravin
Balení potravin Systémy řízení jakosti a zdravotní nezávadnosti Zpracování odpadů z potravinářských výrob Konzervárenská mikrobiologie Detekce falšování potravin Kvalita a zdravotní nezávadnost potravin Vývoj nových výrobků
Ústav konzervace potravin Budova B, II. patro,
http://www.vscht.cz/ktk/www_324/
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
Žádoucí
Nežádoucí
Maso
Posmrtné změny
PSE DFD
Ovoce Zelenina
Posklizňové dozrávání
Anaerobní dýchání Poškození chladem Barva Chuť a vůně Konzistence
1
Fyziologické změny Nedodržení welfare (vady masa) Faktory ovlivňující zdravotní stav zvířat
Poškození chladem Nedostatek vody Teplotní stres Mechanické poškození Tkáňové dušení
Ovoce Zelenina
Minimální bezpečná teplota skladování (°C)
Projev poškození chladem při skladování za nižší než bezpečné teploty
Enzymové změny Katalyzované enzymy: Přirozené - Extracelulární produkované přítomnou mikroflórou -
jablka
1-2
vnitřní hnědnutí, měknutí
avokado
7
vnitřní hnědnutí
banány
13
tmavnutí
okurky
7
vysýchání, krabacení, tvorba jamek
lilek
7
jamky, prohlubně na povrchu, zvětšení stopky
grapefruit
7
krabacení, prohlubně na povrchu, vodnatění, vnitřní hnědnutí
mango
10
vnitřní tmavnutí
čerstvé olivy
7
vnitřní tmavnutí
Rozvoj změn: - mechanickém porušení pletiva - technologické zpracování - loupání, dělení, lisování, pomalé zmrazování vlivem tvorby velkých krystalů ledu
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
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)
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
Chemické změny Často
limitující faktor pro skladovatelnost potravinářských výrobků Autooxidace tuků Degradační reakce barviv
Změna
barvy nutričních vlastností Vznik toxických produktů (karcinogenní, teratogenní) Snížení
Exogenní kontaminace
2
Mikrobiologické změny
Chemické změny
Komplex reakcí neenzymového hnědnutí
(reakce aminosloučenin s redukujícími cukry, karbonylovými látkami, fenoly a dalšími složkami potravin) negativní i pozitivní důsledky (pražení kávy, pečení masa…) změny barvy (tvorba hnědých produktů), změny vůně a chuti (vznik senzoricky aktivních složek)
Oxidační reakce
o o
nejvýznamnější změny možné ohrožení zdraví konzumenta snížení nutriční a senzorické hodnoty potraviny znehodnocení potraviny
autooxidace tuků snížení nutriční hodnoty potraviny žluklá chuť a vůně tvorbou těkavých látek s charakteristickým zápachem (žluklá, po rybách apod.).
o
Mikroorganismy působící kažení potravin - změna
Degradační reakce barviv Reakce fenolů s ionty kovů
o
Mikroorganismy jako původci onemocnění
vůně, barvy nebo konzistence potravin, nemusí být nutně škodlivé pro člověka.
– např.
patogenní bakterie - infekční dávka
Vzniku zdravotních rizik prostá kontaminace potravin toxickými látkami vzniku toxických látek během zpracování a skladování potravinářských surovin a potravin. Nitrosaminy (aninokyseliny + dusitany), polyaromatických uhlovodíku (uzení), degradačních produktů přepalovaných tuků ve fritézách, 3-chlorpropandiol (kyselá hydrolýza bílkovin)
Mikrobiologické změny Míra kontaminace = počet mikroorganismů ovlivňuje rychlost zkázy
o
Mikroorganismy vytvářející toxiny (jedy) - nemusí nevykazovat žádnou změnu vůně, chuti nebo vzhledu
Všeobecně o mikroorganismech Bakterie Kvasinky Plísně
Infekční dávka Kontaminace
Pomnožení
Přežití
Spory
mikroorganismy s žádoucím účinkem mikroorganismy s nežádoucím (škodlivým) účinkem
Mikrobiologické změny bakterií
Ochranný orgán vytvořený pro přežití nepříznivých podmínek (chlad, teplo, kyselost) Po zlepšení podmínek spora „vyklíčí“ stane se z ní opět vegetativní buňka- množení, produkce toxinů Spory schopné přežít teplotu varu vody Sporulující bakterie citlivé na pH – pH nižší než 4 spory nevyklíčí pro kyselé potraviny stačí pasterace možná kontaminace ještě před zpracováním (botulotoxin z jahodového kompotu) Výjimky: Alicyclobacillus acidoterrestris Sterilace pro nekyselé potraviny
Růstová křivka mikroorganismů Počet bakterií
1 – přežívání, adaptační fáze tzv. lag fáze 2 - logaritmický růst (množení) 3 - stacionární fáze 4 - fáze odumírání (úhyn)
3 2
4
1
čas Počet bakterií
Růst Optimální podmínky ) Nevyhovující podmínky ( )
(
čas
3
Faktory ovlivňující růst mikroorganismů Dostupnost
živin
Intenzita
Teplota Obsah
vody v potravině – aktivita vody aw pH potraviny Redox potenciál
Teplota
Pasterace Destrukce většiny bakterií
konec růstu +65°C termofilní bakterie
Zóna růstu patogenních bakterií Mezofilní bakterie +10°C
Konec růstu bakterií
Chladírenské zpracování 0°C
-10°C
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.)
Inaktivace mikroorganismů teplem – faktory ovlivňující průběh termosterilace
Sterilace Destrukce bakteriálních spór
+100°C
Psychrotrofní bakterie Psychrofilní bakterie
Dostupnost živin
Zmrazování
•Vlastnosti mikroorganismů •Složení potraviny •Vlhkost prostředí •Kyselost prostředí •Výchozí koncentrace mikroorganismů •Doba působení teploty
-20°C Konec růstu plísní
Hluboké zmrazování
Vlastnosti mo
Aktivita vody aw
aw vyjadřuje množství volné vody využitelné pro mikroorganismy Závisí na druhu potraviny a není shodná s obsahem vody
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
Např. ovoce s 80 % vody a mouka s 20 % vody mají stejnou hodnotu aw
hodnota aw nezbytná pro růst:
bakterie > 0,91 kvasinky > 0,87 plísně > 0,70
mikroorganismy schopné růstu 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
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
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
Potraviny kyselé pH < 4 Potraviny málo kyselé pH > 4
6,4 - 9
Hodnota pH většiny potravin umožňuje růst mikroorganismů
Konzervační metody
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.
R - intenzita rozkladu potraviny
R=
četnost MO . odolnost MO ---------------------------------------------odolnost potraviny
Není absolutní konzervační metoda, část mikroflóry potlačí, část podpoří
Přehled metod
Vylučování mikroorganismů z prostředí
Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) (usmrcení MO – potravina obsahuje nižší počet MO než před zákrokem)
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) (zvýšení odolnosti potraviny)
Vylučování mikroorganismů z prostředí potraviny
Omezení kontaminace během zpracování čistota místností, strojů, nářadí (sanitace) čistota vzduchu čistota vody čistota vedlejších surovin čistota pracovníků
Ochuzování potravin o mikroorganismy praní suroviny (voda, voda s desinfekční činidla) čiření
Vylučování mikroorganismů z potravin filtrace (ultrafiltrace) baktofugace
5
Přímá inaktivace mikrobů (abiosa) Fyzikální metody
Potraviny konzervované fyzikálními zákroky
• Sterilace zvýšenou teplotou Přívod tepla (obvyklé zahřívání) Odporový ohřev Dielektrický ohřev Infračervený ohřev
• • • • •
Nezabíjí záhřev Konzervace ionizujícím zářením -záření
Sterilace střídavýn tlakem (ultrazvukem) působení ultrazvuku, který přítomných mikroorganismů
Konzervace ionizujícím zářením Sterilace střídavýn tlakem (ultrazvukem) Konzervace vysokým hydrostastickým tlakem Konzervace vysokointenzivním pulsujícím elektrickým polem Konzervace vysokointenzivními záblesky světla
usmrcení
vystavení potraviny účinku vysokého tlaku (až 10000 atm) po dobu několika minut, při kterém dojde k usmrcení mikroorganismů.
Faktory ovlivňující průběh tepelného zákroku Vlastnosti
Pasterace Sterilace Frakcionovaná
k
Konzervace vysokým hydrostastickým tlakem
Potraviny konzervované tepelným zákrokem Blanšírování
vede
sterilace (tyndalace)
Praktická
sterilita Absolutní sterilita
mikroorganismů Složení potraviny Vlhkost prostředí Kyselost prostředí Vliv výchozí koncentrace mikroorganismů na počátku příliš mnoho buněk nemusí teplota stačit Vliv doby, po kterou teplota působí
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa)
Údržnost
Fyzikální a fyzikálně chemická úprava potraviny
•
Osmoanabiosa Sušení Zahušťování v odparkách Vymrazování vody Proslazování Konzervace jedlou solí
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.
snížení vodní aktivity zvýšením osmotického tlaku
6
Konzervace sníženou teplotou Chladírenství Mrazírenství
Konzervace sníženou teplotou (zmrazování, chlazení) může navazovat na další konzervační zákroky jako pasterace nekyselých potravin, použití látek s chemoanabiotickým účinkem apod.
Chladírenské skladování
Teplota skladování -1°C až +1°C (syrové ryby, syrové maso, mleté maso, polotovary ze syrového masa)
Teplota skladování -1°C až 4°C (tepelně opracované výrobky)
Vlhkost
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.
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
Konzervační princip: Zpomalení nebo zastavení nežádoucích změn (teplota) Snížení podílu využitelné vody pro mikroorganismy - snížení aktivity vody v potravině
Potraviny konzervované chemicky Chemosterilace Potraviny a polotovary stabilizované přídavkem látek usmrcujících mikroorganismy Chemoanabiosa Potraviny a polotovary stabilizované přídavkem látek zpomalující životní pochody mikroorganismů
Chemická konzervovadla mohou být použita pouze ke konzervaci kyselých potravin (do pH 4,0)
7
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Chemická úprava potraviny (chemoanabiosa)
• •
•
Chemická konzervace
chemické
Konzervace rafinovanými chemikáliemi
antibiotika
Uzení Konzervace umělou alkoholizací a okyselováním Ethanol Organické kyseliny
• •
Chemoanabiosa
Konzervace antibiotiky Konzervace fytoncidy
Fytoncidy
- přirozené antimikrobní látky vyskytující se v potravinách úprava potravin zahrnující chemoanabiotický účinek (uzení, marinace, okyselování, solení apod.)
Chemická konzervovadla kyselé potraviny oxid
konzervační látky
Další konzervanty
siřičitý, siřičitany (E220-E228)
E 249 – E252 (dusitany, dusičnany) kyselina
benzoová (211-213)
kyselina
sorbová (E200 – E203)
E284 - Kyselina boritá – pouze kaviár E 280 –E 283 propionová kyselina Parabeny,
estery kyseliny parahydroxybenzoové (E209, E214-219)
Uzení
Chemická konzervovadla Požadavky
: účinek při nízkých koncentracích neškodnost lidskému zdraví bez vlivu na senzorické vlastnosti potraviny bez příměsí (těžké kovy, meziprodukty z výroby apod.)
Komplexní konzervační zákrok: chemoanabióza - produkce fenolů, formaldehydu, acetaldehydu, kyseliny octové a dalších látek v kouři, kondenzace na povrchu masa, difuze dovnitř.
Uzení je způsob ošetření potravin, kdy do výrobku přechází z udícího média produkty pyrolýzy dřeva.
U výrobků s vyšším obsahem tuku působí složky kouře antioxidačně, čímž omezují žluknutí.
8
Antibiotika Metabolity např. bakteriociny, bílkoviné produkty metabolismu bakterií, které brzdí jiné mikroorganismy.
Fytoncidy
sakacin (Lactobacillus sake) , nisin (Lactococcus lactis, ssp.lactis) pediocin AcH (Pediococcus acidilactici) natamycin (pimaricin) (Streptomyces natalensis)
Použití bakteriocinů nebo mikroorganismů produkujících bakteriociny může potlačit např. Listeria monocytogenes .
Allicin - vznikající z aminokyseliny alliinu v mechanicky porušených česnekových cibulích. Allylisothiokyanatan -myrosinasou ze sinigrinu (hořčice, zelí, křen) Isothikyanatany - hořčice, brukvovité, křen Fytoncidy koření Skořicový aldehyd Anethol (fenykl, anýz) Linalool (např. koriandr) Citrusové silice Silice z koření (oxilabilní)
Nevýhody úzké spektrum účinnosti a pomalá difuse, inaktivace během skladování masa, destrukce proteázami a možnost selekce resistentních mutantů .
Nepřímá inaktivace mikrobů (anabiosa) Biologická úprava potraviny (cenoanabiosa)
• • • •
Kombinace jednotlivých faktorů – tzv. překážkový efekt
Konzervace kvašením sacharidů alkoholické kvašení mléčné kvašení Konzervace proteolýzou Ochranné kultury Bakteriofágy
Účinek jednotlivých parametrů se sčítá
Obsah živin
pH
aw
Teplota
Význam jednotlivých překážek závisí na složení potraviny a vlastnostech mikroorganismu
Obsah živin
pH
aw
Teplota
9
