Technologické operace probíhající za teploty okolí • Příprava
suroviny (čištění, loupání, třídění)
• Dezintegrace
(krájení, mletí, drcení)
• Homogenizace, • Mechanické
separace
• Membránové • Aplikace
míchání, tvarování
separace
ionizačního záření
Technologické operace probíhající za zvýšené teploty • Blanšírování • Tepelná
sterilace
• Odpařování • Extruze • Pečení
a pražení
• Fritování
a smažení
• Mikrovlnný
a infračervený ohřev
Technologické operace probíhající za teploty okolí Příprava suroviny - čištění - loupání
Příprava suroviny • odkaménkovač
– zařízení k třídění a čištění obilí (třídění podle měrné hmotnosti)
Příprava suroviny
• válcový
triér –
zařízení k třídění a čištění obilí (třídění podle délky částic)
Příprava suroviny - třídění, prosévání podle velikosti a tvaru (mechanické třídiče, využití Image Analysis) - třídění podle barvy (UV záření, fotodetektory, laser) - třídění podle hmotnosti (vejce, obilí-aspirace) - třídění podle kvality (pšeničná mouka, maso, čaj, sýry, …).
Příprava suroviny Metody loupání ovoce a zeleniny: - nožem - využití páry - obrušováním - pomocí alkalického činidla - využití plamene.
Dezintegrace Mletí, drcení, sekání, krájení, řezání, komprese na jemné částice nebo prášek, emulgace, homogenizace.
Vliv dezintegrace na potraviny - zlepšení
účinnosti míchání a transportu tepla v
potravině Vliv na senzorické vlastnosti potravin: oxidace karotenů-odbarvení mouky a snížení nutriční hodnoty ztráta těkavých složek z koření během mletí enzymatické porušení pletiv, zhoršení barvy a aroma.
Vliv dezintegrace na potraviny Vliv na nutriční hodnotu potravin: oxidace MK a vitaminu A ztráty vitaminu C a B1 v řezaném nebo krájeném ovoci a zelenině vliv mletí obilí na obsah vitaminů separace otrub (rýže, pšenice, kukuřice).
Homogenizace a emulgace kapalných látek - změna funkčních vlastností potravin (viskozita, textura, barva) - žádný vliv na nutriční hodnotu a životnost potraviny, zlepšena stravitelnost tuků a bílkovin snížením velikosti částic - typy emulzí (O/V … mléko, zmrzlina, lité těsto, V/O … margarín) - vliv na barvu mléka, aroma emulgovaných potravin
Míchání, mísení, hnětení, tvarování - dispergace složek - zpracování pečiva (chleba, sušenky, koláče), cukrovinek, snackfoods - podstatný vliv na senzorickou kvalitu a funkční vlastnosti potraviny - žádný vliv na nutriční hodnotu potraviny
Mechanické a fyzikální separace složek potravin Při výrobě džusů (přečišťování a zahuštění), instantní kávy, smetany, … - pomocné procesy, neovlivňují konzervační proces Mechanické separace: 1. odstřeďování 2. filtrace 3. extrakce.
Membránové separační procesy - separační techniky využívající semipermeabilní membránu, která vytváří selektivní bariéru - dialýza - osmóza - reverzní osmóza - mikrofiltrace - ultrafiltrace - nanofiltrace
Charakteristika membránových procesů HNACÍ SÍLA
RETENTÁT
PERMEÁT
Osmóza
chemický potenciál
látky rozpuštěné v roztoku, voda
voda
Dialýza
rozdíly koncentrací
velké molekuly, voda
malé molekuly, voda
Mikrofiltrace (MF)
tlak
suspendované částice (kvasinky) , voda
látky rozpuštěné v roztoku, voda
Ultrafiltrace (UF)
tlak
velké molekuly (bakterie), voda
malé molekuly, voda
Nanofiltrace (NF)
tlak
malé molekuly, voda, dvojmocné soli, disociované kyseliny
jednomocné ionty, nedisociované kyseliny, voda
Reverzní osmóza (RO)
tlak
látky rozpuštěné v roztoku, voda
voda
Dialýza
Î transport malých molekul (rozpuštěných v tekutině) přes membránu (z hypertonického prostředí do hypotonického); hnací síla dialýzy: rozdíl koncentrací
Osmóza
Î transport rozpouštědla přes membránu, která nepropouští rozpuštěné látky z méně koncentrovaného roztoku do více koncentrovaného (z hypotonického do hypertonického) hnací síla osmózy: gradient chemického potenciálu
Reverzní osmóza (RO)
Î Reverzní osmóza je proces opačný, než je osmóza.
Î Hnací silou je tlakový rozdíl na opačných stranách membrány, který musí být větší než osmotický tlak ⇒ vysoký pracovní tlak (3 – 10 MPa).
Î Separace částice o velikostech řádově 10-4 μm = membrána propouští téměř jen molekuly rozpouštědla!
Tlakové membránové procesy (MF, UF, NF a RO) - klasickou filtrací se oddělují částice větší než 10 μm - membrány mohou separovat i částice velikosti rozpouštědla, např. vody ALE: Oproti klasické filtraci, které postačuje hydrostatický tlak vodního sloupce (případně tlak 0,1– 0,5 MPa) - pro membránové filtrace (zejména UF, NF a RO) potřeba vytvořit vyšší gradient tlaku. Čím jsou póry menší, tím větší tlaková diference je potřeba
Separační charakteristiky membránových procesů
Reverzní osmóza (RO) a ultrafiltrace (UF) RO – ekonomičtější než upravování zředěných roztoků, největší komerční aplikace při zahuštění syrovátky při výrobě sýrů další aplikace: zahuštění a čištění ovocných šťáv, rostlinných olejů, enzymů, pšeničného škrobu, kyseliny citrónové, mléka, kávy, sirupů, čiření vína, piva, čištění vody, … UF – v mlékárenství, zahuštění mléka, syrovátky nebo odstranění laktosy a solí další aplikace: cukrovarnictví, lihovarnictví, pivovarnictví, výroba nealko nápojů, úprava procesní vody.
Aplikace membránových procesů v potravinářském průmyslu Výhody: nedochází ke změně nutriční hodnoty nedochází ve většině případů ke změnám senzorických vlastností zůstává zachována aktivita u biologicky aktivních látek snížení provozních nákladů při produkci potravin (např. nahrazením tepelně náročných procesů jako je destilace, odpařování apod.).
Aplikace ionizačního záření (γ záření z izotopů) - konzervace potravin, destrukce MO, inhibice biochemických změn (inhibice klíčení) Výhody: úprava balených a mrazených potravin nepatrné změny v senzorických vlastnostech potravin čerstvé potraviny - bez chemických konzervačních látek automatická kontrola zpracování a nízké laboratorní náklady.
Aplikace ionizačního záření (γ záření z izotopů) Nevýhody: vysoká pořizovací cena zařízení na ozařování potravin ztráta nutriční hodnoty (ztráta esenciálních MK, v tucích rozpustné složky, nehodné pro mléčné produkty) rezistentní formy mikroorganismů strach veřejnosti z indukované radioaktivity.
Aplikace ionizačního záření (γ záření z izotopů) Vliv záření na mikroorganismy: radikály vzniklé v potravině ozářením poškodí DNA mikroorganismu kvasinky a plísně rychle zničeny malou dávkou záření spory některých patogenních bakterií (Clostridium botulinum, Bacillus cereus) jsou schopny opravit DNA a jsou k záření rezistentní viry rezistentní k záření.
Aplikace ionizačního záření (γ záření z izotopů) Vliv na potraviny: malý vliv na stravitelnost bílkovin možnost hydrolýzy sacharidů, ale nedochází k výrazným změnám ve využití sacharidů a ani ke snížení nutriční hodnoty autooxidace lipidů a tvorba hydroperoxidů (potraviny s vyšším obsahem lipidů nevhodné k ozařování) vitaminy - protichůdné údaje, rozsah ztráty vitaminů záleží na dávce záření a na typu a fyzikálních vlastnostech potraviny při ozařování Záření nezpůsobuje během komerčního zpracování potravin (nízké dávky záření) velké ztráty nutriční hodnoty.
Technologické operace probíhající za zvýšené teploty • Blanšírování,
pasterace – tepelné procesy využívající páru nebo vodu, změna kvality potravin, prodloužení trvanlivosti. • Pečení, pražení, fritování – úprava konzumačních vlastností potraviny a konzervace není jejich hlavním účelem. • Sušení (dehydratace). • Odpařování.
Blanšírování - zničení enzymové aktivity v zelenině a ovoci před dalším zpracováním - kombinace s odslupkováním nebo čištěním potraviny - komerční způsoby blanšírování sytou párou nebo ponořením do horkého roztoku cukru nebo soli (jednoduché, finančně nenáročné), mikrovlnné blanšírování
Pasterace - mírná tepelná úprava pod 100 °C, prodloužení trvanlivosti výrobku po dobu několika dní (mléko) nebo několik měsíců (zavařené ovoce) - konzervace potravin inaktivací enzymů v potravině a destrukcí tepelně citlivých mikroorganismů (nesporulující bakterie, kvasinky, plísně) - účinek tepelného ošetření a výsledné prodloužení trvanlivosti potraviny závisí na pH potraviny (pH > 4,5 destrukce patogenních bakterií, pH < 4,5 destrukce mikroorganismů a inaktivace enzymů) Použití: pivo, ovocné džusy pasterace po plnění do lahví mléko, mléčné výrobky pasterace v talířových výměnících tepla.
Tepelná sterilace - zahřívání potravin > 100 °C (v tenké vrstvě v tepelném výměníku) při dostatečné teplotě a po dostatečnou dobu, zničení mikrobiální a enzymatické aktivity - sterilované potraviny trvanlivost > 6 měsíců UHT (Ultra High Temperature) zpracování (vyšší teploty kratší doba zpracování) (mléko 140°C, 4 s, ovocné džusy, smetana, jogurt, vejce, zmrzlina, sýr cottage, dětské přesnídávky, rajčatové produkty, ovoce, zelenina, polévky) UHT nezávisí na velikosti nádoby x tepelná sterilace největší poškození nutričních a senzorických vlastností potraviny v blízkosti stěn nádoby používané na sterilaci
Odpařování - částečné odstranění vody z kapalných (tekutých) potravin za varu - separace je dosažena využitím rozdílů v těkavosti mezi vodou a rozpuštěnými látkami, to je v kontrastu s ostatními metodami zahuštění (např. membránové zahuštění), při kterém je voda odstraněna využitím rozdílu v rychlosti difúze při okolní teplotě - většina zahuštěných potravin je dále před konzumací zpracovávána.
Odpařování Hlavní funkce odpařování: 1) snížit hmotnost nebo objem potravin před sušením, mražením nebo sterilizací (např. mléko, kafe, ovocné šťávy) → úspora energie v následných operacích a snížení ceny skladování, transportu a distribuce 2) odpařování zvyšuje obsah sušiny potraviny (např. džem, melasa) z důvodu úchovy potraviny snížením aktivity vody.
Odpařování Hlavní funkce odpařování: 3) výhodnější pro spotřebitele (např. ovocné nápoje, polévky, nebo pro výrobce (např. kapalný pektin, ovocné koncentráty pro použití ve zmrzlinách nebo pečivu) 4) odpařování změní aroma a barvu potraviny (např. karamelizované sirupy pro použití v pekařských výrobcích a při výrobě cukrovinek).
Odpařování Vliv na potraviny: ztráta aromatických sloučenin (těkavější než voda)→ snížení senzorické kvality koncentrátů naopak v kakau a mléku je ztráta nepříjemných těkavých látek žádoucí → zvýšení kvality produktu změna barvy (tmavší) (podpora chem. reakcí)
Extruze - kombinace několika operací: směšování, vaření, hnětení, střihání, tvarování a formování (expanze), vysoko teplotní, krátkodobý proces (HTST), snižení mikrobiální kontaminace a inaktivace enzymů, snížení aktivity vody produktu - potravina je stlačována a přetvořena do formy polotekuté hmoty, vytvořená hmota je tlačena skrz matrici - pokud je potravina zahřívána, pak je proces nazýván jako extruzní vaření (extrusion cooking) nebo (hot extrusion).
Extruze - hlavním cílem extruze je zvýšit rozmanitost druhů potravin ve stravě (řady produktů s rozdílným tvarem, texturou, barvou, aroma) Extruze získává popularitu z těchto důvodů: 1) mnohostrannost (rozmanitost), změnou ingrediencí a podmínkami extruze je možno připravit širokou řadu produktů, proces je značně flexibilní v uspokojování potřeb (požadavků) konzumentů na nové výrobky, extrudované výrobky nemohou být produkovány jinými metodami (procesy)
Extruze 2) nízké provozní náklady a vyšší produktivitu než ostatní procesy vaření nebo formování. Úspora při srovnání výroby breakfast cereals pomocí extruze a tradičními metodami: suroviny (19 %), energie (100 %), práce (14 %) a kapitálového investování (44 %).
Extruze Zařízení extrudéry - podle metody zpracování a podle konstrukce. prášková, granulovaná potravina → plastická, viskózní hmoty → hmota protlačována skrz matrici a na konci jsou rotující nože nebo gilotina → tvorba rozmanitých tvarů (tyčky, kuličky, pásy) → potahování nebo polévání Obsah některých potravin (např. snack výrobků, křehkého chleba a breakfast cereals) je dále snížen následným sušením.
Extruze Oba typy extruze jak extruze za horka, tak HTST proces mají minimální vliv na složky v potravinách, ale hlavně snižují mikrobiální kontaminaci. Prodloužení životnosti potraviny je důsledkem nízké aktivity vody (0,1-0,4).
Aplikace extruze za studena (nízká rychlost, malé tření) - cereální křehký chléb, cornflakes, gumovité cukrovinky (lékořicových a ovocné žvýkavé gumy)
Tepelné procesy probíhající použitím horkého vzduchu Dehydratace (sušení) - aplikace tepla za kontrolovaných podmínek, odstranění majoritní části vody odpařením - jiné operace odstraňující vodu z potraviny např. mechanická separace, membránové zahušťování, odpařování a pečení, uvedené příklady procesů odstraňují vodu z potraviny mnohem více než dehydratace Hlavním cílem dehydratace: prodloužení životnosti potraviny snížením aktivity vody,inhibuje mikrobiální růst a aktivitu enzymů, snížení hmotnosti nebo objemu potraviny snižuje transportní a skladovací náklady.
Pečení a pražení Pečení a pražení - stejné operace, používá se ohřátý vzduch, aby byly změněny konzumační vlastnosti potraviny (eating quality). Druhotným cílem pečení je úchova potravin destrukcí mikroorganismů a snížením aktivity vody na povrchu potraviny. Avšak životnost většiny pečených potravin je krátká a je prodloužena mrazením (chlazením) nebo balením. Teplo prochází ve většině případů skrz potravinu vedením, ačkoli během počátečního zahřívání probíhá proudění.
Pečení a pražení Vliv na potraviny: cílem pečení a pražení je změnit senzorické vlastnosti potraviny, zlepšit přijatelnost a rozšířit rozsah chutí, aroma a textury konzumované potraviny změny v textuře jsou určeny povahou potraviny (obsah vlhkosti a složení tuků, bílkovin a strukturních sacharidů-celulosy, škrobů a pektinů) a teplotou potraviny a dobou trvání procesu
Pečení a pražení Vliv na potraviny: pro většinu pečených výrobků je charakteristická tvorba suché kůrky (krusty) (např. maso, chleba, brambory). textura kůrky - struktury škrobu, mazovatění a dehydratace při krátkodobém zpracování se vytvoří nepropustná kůrka, která zabrání migraci vlhkosti i tuku a chrání složky potraviny a aroma před degradací.
Tepelné procesy za použití horkého oleje Fritování a smažení - ke zlepšení eating quality potraviny, druhotným významem je konzervační efekt (důsledkem tepelné destrukce mikroorganismů a enzymů a snížení aktivity vody na povrchu potraviny nebo uvnitř potraviny, pokud je fritována v tenkých částech). - trvanlivost fritovaných potravin je dána obsahem vlhkosti po fritování. Potraviny, ve které zadržují vlhkost uvnitř (např. vdolky, ryby a drůbeží produkty), mají relativně krátkou životnost z důvodu migrace vody a oleje během skladování.
Fritování a smažení - kukuřice a brambory (např. potato crisps, potato chips) mají trvanlivost až 12 měsíců při skladování při pokojové teplotě. Kvalita produktů je udržována přiměřenými bariérovými vlastnostmi obalového materiálu a správnými podmínkami skladování.
Fritování a smažení Pokud je potravina umístěna do horkého oleje, teplota povrchu rychleji vzroste a voda je odpařována jako pára. Povrch se potom začíná vysychat podobným způsobem jako u pečení a pražení. Teplota potraviny vzroste na teplotu oleje a vnitřní teplota v potravině bude kolem 100 °C. Rychlost přestupu tepla je řízena rozdílem teploty mezi olejem a potravinou povrchovým koeficientem přestupu tepla. Rychlost průniku tepla do potraviny je řízena tepelnou vodivostí potraviny.
Fritování a smažení Povrch kůrky má porézní strukturu, obsahující rozdílně veliké kapiláry. Během fritování, jak voda tak vodní pára jsou odstraňovány z větších kapilár jako první a nahrazeny horkým olejem. Vlhkost se pohybuje z povrchu potraviny přes hraniční film oleje. Tloušťka vrstvy oleje je řízena rychlostí přestupu tepla a hmoty a je určena viskozitou oleje.
Fritování a smažení
Čas potřebný na dokonalé fritování závisí na: 1) typu potraviny, 2) teplotě oleje, 3) metodě fritování, 4) tloušťce potraviny, 5) požadované změně v eating quality.
Fritování a smažení Teplota používaná pro fritování je určena většinou ekonomickými požadavky a požadavky na produkt. Při vysokých teplotách jsou sníženy výrobní časy a je zvýšena výrobní rychlost. Avšak, vysoká teplota může urychlit rozklad oleje na volné mastné kyseliny, které změní viskozitu, aroma a barvu oleje. Akrolein je degradační produkt, vznikající při vysokých teplotách, který tvoří modravý opar nad olejem a je zdrojem znečištění ovzduší. Teplota fritování je závislá také na požadavcích na produkt. Potravina, která vyžaduje kůrku a vlhkost uvnitř, je vyrobena fritováním při vysoké teplotě. Rychlá tvorba kůrky uzavře vlhkost v potravině a omezí rychlost přestupu tepla do vnitřku potraviny.
