konserwacja żywności

Chemia w życiu codziennym – konserwacja żywności

Grażyna Chwatko

Katedra Chemii Środowiska

Cele utrwalania żywności

• wstrzymanie tkankowych procesów biochemicznych,

• wstrzymanie zmian chemicznych (nieenzymatycznych),

• wstrzymanie zmian fizycznych,

• zahamowanie rozwoju drobnoustrojów.

Metody konserwacji żywności

• metody fizyczne,

• metody biologiczne (mikrobiologiczne),

• metody chemiczne,

• metody mieszane - łączenie dwóch lub

trzech wymienionych metod

Metody fizyczne

• temperatura

• promieniowanie

• usuwanie wody z produktów

Wysoka temperatura

• pasteryzacja (T < 100 °C)

– długotrwała – momentalna – wysoka

• tyndalizacja (3 x pasteryzacja)

• sterylizacja (T > 100 °C)

– apertyzacja

Zmiany w żywności wywołane wysoką temperaturą

Korzystne Negatywne

 Inaktywacja

drobnoustrojów i enzymów

 Niszczenie toksyn

 Przemiana niektórych związków z form

nieprzyswajalnych w przyswajalne

 Rozkład składników termolabilnych (np.

witamin)

 Zmiana właściwości smakowych

Mleko - UHT

• Temperatura sterylizacji:

135 – 150 °C

• cel: przedłużenie okresu trwałości

• wady:  zmniejszenie wartości odżywczej,

 zmiana smaku,  częściowa degradacja białka

.

Niska temperatura

• chłodzenie

• zamrażanie

Schemat mrożonej tkanki:

a) tkanka przed mrożeniem b) tkanka po wolnym mrożeniu

c) tkanka po bardzo szybkim zamrożeniu

Promieniowania stosowane do utrwalenia żywności

• źródła promieniowania gamma:

–

Co (1,25 MeV), –

Cs (0,52 MeV),

• promieniowanie X, o energii nieprzekraczającej 5 MeV,

• przyspieszone elektrony o energii

nieprzekraczającej 10 MeV.

Dopuszczalne dawki promieniowania stosowane w Polsce

Rodzaj artykułu Cel napromieniowania Dawka [kGy]

Ziemniaki

Hamowanie kiełkowania

0,025-0,10

Cebula do 0,06

Czosnek 0,03-0,15

Pieczarki Zahamowanie starzenia się grzybów

1,0 Przyprawy suche

Obniżenie zanieczyszczeń biologicznych

10,0

Grzyby suszone 1,0

Suszone warzywa 1,0

Usuwanie wody

• zagęszczanie (zawartość wody 30%)

• suszenie (zawartość wody 10 - 15%)

• liofilizacja

Metody biologiczne

• fermentacja

– mlekowa – alkoholowa – propionowa

– octowa (tlenowa)

fermentacja propionowa

kwas propionowy fermentacja

octowa

kwas octowy

2 2

D-glukoza

aldehyd

3-fosfoglicerynowy kwas pirogronowy fermentacja

alkoholowa

fermentacja mlekowa

aldehyd octowy

etanol

kwas mlekowy CO

CHO

CH₂OH

CHOH COOH

COOH

COOH CH₂ CH₂OH

COOH

CO₂ H₂O CO₂

H₂O

COOH CHOH

CHO

H₂C O P CH₃

CH3

CH3

CH₃

CH3

CH₃ O

O

H OH

OH OH

CH₃ +

+ +

+

+

fermentacja propionowa

kwas propionowy fermentacja

octowa

kwas octowy

2 2

D-glukoza

aldehyd

3-fosfoglicerynowy kwas pirogronowy fermentacja

alkoholowa

fermentacja mlekowa

aldehyd octowy

etanol

kwas mlekowy CO

CHO

CH₂OH

CHOH COOH

COOH

COOH CH₂ CH₂OH

COOH

CO₂ H₂O CO₂

H₂O

COOH CHOH

CHO

H₂C O P CH₃

CH3

CH3

CH₃

CH3

CH₃ O

O

H OH

OH OH

CH₃ +

+ +

+

+

Fermentacja mlekowa

C

H

O

→ ^{2 CH}

^CHOHCOOH

• zastosowanie:

– przemysł mleczarski – kwaszenie warzyw – przemysł mięsny

– przemysł piekarniczy

bakterie mlekowe

Fermentacja alkoholowa

C

H

O

→ ^{2 C}

^H

^{OH + 2 CO}

Produkty uboczne:

– aldehyd octowy

– mieszanina alkoholi od C

do C

– glicerol

– estry

drożdże

Fermentacja propionowa

3 CH

CHOHCOOH →

2 CH

CH

COOH + 2 CH

COOH + CO

+ H

O

Zastosowanie

• Obok fermentacji mlekowej przy produkcji serów dojrzewających,

np. sera edamskiego

bakterie propionowe

Zalety fermentacji

• utrwalenie produktu spożywczego

• nadanie produktom korzystnych cech organoleptycznych

• zwiększenie właściwości prozdrowotnych

(stabilizacja wit. C i prowit. A; powstawanie wit. B

i PP oraz acetylocholiny)

• otrzymanie związków chemicznych

spożywczych metodami biologicznymi

Metody chemiczne

• solenie

• cukrzenie

• dodatek innych substancji chemicznych (E…)

• dodawanie kwasów (marynowanie)

• peklowanie

• wędzenie

Hamowanie rozwoju niektórych drobnoustrojów przez sól

Stężenie roztworu NaCl Rodzaj drobnoustroju 1 – 2% bakterie Coli-Aerogenes

bakterie gnilne Proteus 12 – 15%

(3% pobudza rozwój) paciorkowce mlekowe powyżej 15% drożdże

18 – 20% pełne zakonserwowanie żywności

Hamowanie rozwoju niektórych drobnoustrojów przez cukier

Zawartość cukru Rodzaj drobnoustroju

25 – 35% większość bakterii

65% większość drożdży

75 – 80% pleśnie

Dodawanie kwasów

• Kwas octowy (E 260)

CH3

COOH

Dodawanie kwasów

• Kwasy organiczne

• Kwasy nieorganiczne

(E 338) H₃PO₄

(E 290) CO + H O ↔ H CO ↔ H⁺ + HCO ^-

CH3

COOH

C H

CH₃ OH COOH

C H

C

H OH OH COOH

kwas COOH octowy (E 260)

kwas mlekowy

(E 270) kwas jabłkowy (E 296)

kwas winowy (E 334) kwas

cytrynowy (E 330)

COOH CH₂

C COOH CH₂

HO

COOH

Wpływ pH na rozwój drobnoustrojów

• optimum wzrostu większości drobnoustrojów pH 6,5 – 7,5

• zahamowanie rozwoju poszczególnych grup:

 pH ≤ 5,9 bakterie gnilne

 pH ≤ 5,7 paciorkowce hemolityczne

 pH ≤ 4,2 bakterie masłowe

 pH ≤ 4,0 Salmonella

 pH ≤ 3,5 bakterie mlekowe

 pH ≤ 2,5 drożdże

 pH ≤ 2,0 pleśnie

23

salmonella

komórki drożdżowe bakterie mlekowe

Peklowanie

Główne składniki mieszanki peklującej (solanki):

• NaNO

(nitryl)

• NaNO

, KNO

(saletra)

• NaCl (sól kuchenna), cukier

• inne substancje np. zioła, wielofosforany, białka sojowe, kwas askorbinowy

Przemiany zachodzące podczas peklowania

NaNO

 NaNO

 HNO

 NO 

nitrozomioglobina i nitrozohemoglobina

Związki występujące w dymie wędzarniczym

OH

CH3

OH

CH₃

CH₃ OH

O CH

3

OH

fenol o-krezol

ksylenol

gwajakol a-naftol OH

kwas octowy kwas

mrówkowy kwas

malonowy

kwas

bursztynowy kwas

kapronowy H

OH O

C H₃

OH O

OH O

O O

OH O OH

O OH

O OH

O

formaldehyd

O C

CH₃ C

H3

aceton

H C O

H

O

H O

furfural

Cele stosowania substancji dodatkowych (E…):

1. Zahamowanie rozwoju lub zniszczenie

drobnoustrojów chorobotwórczych – wydłużenie okresu trwałości produktów;

2. Zapobieganie niekorzystnym zmianom jakościowym produktów;

3. Podniesienie atrakcyjności i dyspozycyjności produktów dla konsumentów;

4. Zwiększenie asortymentu produktów poprzez

otrzymywanie nowych rodzajów produktów

(dietetycznych, odtłuszczonych);

Grupy substancji dodawanych do produktów spożywczych:

• barwniki,

• aromaty,

• substancje konserwujące,

• kwasy i regulatory kwasowości,

• stabilizatory i emulgatory,

• substancje zagęszczające,

• substancje wzmacniające smak i zapach,

• substancje słodzące,

• substancje wypełniające

Grupy substancji dodawanych do produktów spożywczych c.d.:

• substancje wiążące,

• substancje utrzymujące wilgoć,

• substancje spulchniające,

• substancje przeciwzbrylające,

• rozpuszczalniki ekstrakcyjne,

• gazy do pakowania,

• gazy nośne,

• substancje pianotwórcze,

• substancje przeciwpianotwórcze,

Dopuszczalne dzienne spożycie/

dopuszczalne dzienne pobranie (ang. Acceptable Daily Intake, ADI)

ilość danej substancji wyrażona w mg na kg masy ciała na dzień, która może być pobierana w ciągu całego życia nie

powodując ryzyka zagrożenia zdrowia

(wg. obecnego stanu wiedzy)

E 101 Ryboflawina (witamina B

)

N N

N C NH

H₃

C H₃

O

O

OH O

H

OH OH

Barwnik żółty

do żółto-pomarańczowego

Otrzymywana w fermentacji z Bacillus subtilis lub w syntezie z dwumetyloaniliny

ADI 0-0,5 mg/kg

nadmiar witaminy B₂ może powodować nudności i wymioty

E 120 Koszenila (kwas karminowy)

O

OH OH

OH O

H

OH OH O

O OH

OH

O

O H

Czerwony barwnik

pozyskiwany z wysuszonych,

zmielonych mszyc (Coccus cacti) ADI 0-5 mg/kg

po przekroczeniu dawki dopuszczalnej jest uważany za czynnik rakotwórczy

E 162 Betanina

(czerwień buraczana)

Naturalny czerwony barwnik

Otrzymywany z soku buraka ćwikłowego po

odfermentowaniu cukrów, usunięciu białek i soli, zagęszczony i suszony rozpyłowo na nośniku z maltodekstryny

ADI nie określone

O

N⁺ OH

OH

OH O

H

O H

O O

NH

O O OH

OH

E 211(E 212)

Benzoesan sodu(potasu)

ONa O

Konserwant

Hamuje rozwój drożdży, pleśni, słąbiej bakterii, grzybów

Działa w pH kwaśnym (0,02% w pH 2,3; 0,08% w pH 3,5-4) Spożywany w nadmiarze może powodować uczulenia u

astmatyków i alergików, a uosób wrażliwych na aspirynę zaburzenia przewodu pokarmowego (ADI 0-5mg/kg)

E 249 (E 250) azotan (III) potasu (sodu) E 251 (E 252) azotan (V) sodu (potasu)

Konserwanty

Hamuje rozwój bakterii fermentacji masłowej Dodatek do mięs i serów

Nie są to substancje całkowicie bezpieczne ADI: Azotany (III) 0-0,06 mg/kg

Azotany (V) 0-3,7 mg/kg

E 220 Tlenek siarki (IV)

Konserwant, substancja zapobiegająca brunatnieniu

Hamuje rozwój pleśni i bakterii

W dużych ilościach wywołuje reakcje uczuleniowe i zatrucia pokarmowe, niszczy witaminę B

ADI 0-0,07 mg/kg

E 231 o-fenylofenol

Konserwant

Produkowany z eteru fenylu

Stosowany przeciwko rozwojowi grzybów na owocach, Powoli wnika przez skórkę i może być obecny w owocach (ADI 0,2 mg/kg)

W nadmiarze może podrażniać skórę, błony śluzowe, wywoływać odczyny alergiczne, być rakotwórczy

OH

E 951 Aspartam

NH

O O O

O -O

+H₃N

Słodzik – ok.180 razy słodszy od cukru

Synteza w oparciu o kwas asparaginowy i fenyloanalinę Powszechnie stosowany w produktach dietetycznych

Nie można stosować w preparatach dla osób chorych na fenyloketonurię!

ADI 0-40mg/kg, niektóre badania wspominają o rakotwórczym działaniu

light

Etylowanilina (3-etoksy-4- hydroksybenzaldehyd)

Substancja o zapachu wanilii (2-4 krotnie silniejsza od wanilii )

Otrzymywana przez bezpośrednią oksydację w środowisku alkalicznym eugenolu lub izoeugenolu po acetylacji grup fenolowych

ADI 0-10 mg/kg wagi ciała

OH

O H

O

Mentol

Syntetyczna substancja smakowo – zapachowa

Racemiczny (±) mentol otrzymywany

w procesie redukcji tymolu. Jest on identyczny z mentolem występującym w mięcie pieprzowej

Bezpośredni kontakt może powodować podrażnienia śluzówek i skóry

ADI – brak danych

OH

E 621 Glutaminian sodu

Substancja wzmacniająca smak i zapach

Sól sodowa kwasu glutaminowego, otrzymywanego z melasy metodą fermentacyjną lub na drodze

hydrolizy glutenu

ADI nie określone. Spożywany w nadmiernych ilościach może powodować bóle głowy

O

H ONa

O

NH₂ O

E 535 (E 536) (E 358)

Żelazocyjanek sodu (potasu) (wapnia)

[Na

[Fe(CN)

]•10H

O, K

[Fe(CN)

]•3H

O, Ca

[Fe(CN)

]•12H

O

Substancje przeciwzbrylające dodawana do soli, szczególnie jodowanej

Uważane za nieszkodliwe ADI – 0-0,025 mg/kg

SÓL

E 1200 Polidekstroza

Substancja wypełniająca, substancja utrzymująca wilgotność, substancja wiążąca, zagęszczająca, nośnik

Spolimeryzowana glukoza. Produkt polikondensacji w warunkach próżniowych: dekstrozy, sorbitolu i kwasu cytrynowego w stosunku ilościowym 89:10:1

Dozwolona do stosowania w produkcji żywności na zasadzie quantum satis

ADI – nie określone. Nie jest wchłaniany.

E 1450 Sól sodowa

oktenylobursztynianu skrobiowego

Stabilizator, zagęstnik, emulgator, substancja wiążąca, nośnik

Wzór sumaryczny: (C₆H₁₀O₅)_n.(PO₄)_p[-CH₂CH_Y(0H)CH₃]_m Otrzymywany w reakcji estryfikacji skrobi kukurydzianej bezwodnikiem kwasu η-oktenylobursztynowego

Dozwolona do stosowania w produkcji żywności na zasadzie quantum satis

ADI nie określone

Doświadczenia wykonane przez Studentki

z Koła Chemików

Doświadczenie 1

Wpływ soli i kwasu benzoesowego (E 210) na rozwój drożdży spożywczych

Odczynniki

Drożdże, woda, cukier, mąka pszenna, sól kuchenna, kwas benzoesowy.

Wykonanie

Przygotowano mieszaninę drożdży, wody, cukru i mąki.

Mieszaninę wprowadzono do trzech cylindrów miarowych.

Następnie do pierwszego dodano kwas benzoesowy, do

drugiego sól, a trzeci pozostał bez zmian. Markerem zaznaczono

Doświadczenie 1

Wpływ soli i kwasu benzoesowego (E 210) na rozwój drożdży spożywczych

Obserwacje

Po upływie kilkudziesięciu minut poziom mieszaniny w cylindrze 3

podniósł się, podczas gdy w cylindrze 1 (dodatek kwasu benzoesowego) i 2 (dodatek soli kuchennej) pozostał bez zmian. W mieszaninie 3 widać

uwięzione bąbelki bezbarwnego gazu.

1 2 3

Doświadczenie 1

Wpływ soli i kwasu benzoesowego (E 210) na rozwój drożdży spożywczych

Wnioski

Zmiana poziomu mieszaniny wywołana jest produkcją CO

przez drożdże, który pozostawał w mieszaninie powodując zwiększanie jej objętości. Obecność kwasu benzoesowego (E 210) lub soli kuchennej (NaCl)

hamuje rozwój drożdży.

Równanie zachodzącej reakcji

Doświadczenie 2

Wulkan z sody oczyszczonej (E 500)

Odczynniki

E 260 – Ocet spożywczy, kwas octowy, CH₃COOH

Funkcje w przemyśle spożywczym: regulator kwasowości, stabilizator, konserwant,

rozcieńczalnik dla barwników i substancji smakowych.

E 500 – Soda oczyszczona, wodorowęglan sodu, NaHCO₃

Funkcje w przemyśle spożywczym: regulator kwasowości, substancja spulchniająca,

stabilizator, substancja wzmacniająca smak i zapach, substancja wypełniająca i

przeciwzbrylająca.

Woda

Płyn do zmywania naczyń ⁴⁹

Doświadczenie 2

Wulkan z sody oczyszczonej (E 500)

Wykonanie

Wodorowęglan sodu rozpuszczono w wodzie i dodano kilka kropli płynu do zmywania naczyń, roztwór wymieszano i

dodano 10% kwas octowy (ocet).

Obserwacje

Po dodaniu kwasu rozpoczęło się

wydzielanie pęcherzyków bezbarwnego gazu. W naczyniu powstała duża ilość białej piany.

Doświadczenie 2

Wulkan z sody oczyszczonej (E 500) Wnioski

Dodatek kwasu octowego powoduje rozkład

wodorowęglanu sodu, w wyniku czego powstaje CO₂.

Obecność detergentu w próbce powoduje powstanie piany.

Równanie zachodzącej reakcji

NaHCO₃ +CH₃COOH → CO₂ ↑ + H₂O + CH₃COONa

Doświadczenie 3

Sok z buraka – naturalny wskaźnik pH

Odczynniki

0,2 mol/dm³ NaOH 0,5 mol/dm³ NaOH 10% kwas ocotwy

Sok z buraka ćwikłowego

E 162 Betanina (czerwień buraczana)

Funkcje w przemyśle spożywczym: barwnik stosowany do sosów, napoi, przetworów pomidorowych, serków

homogenizowanych, jogurtów oraz baza dla koncentratów

Doświadczenie 3

Sok z buraka – naturalny wskaźnik pH

Wykonanie

Na cztery szalki petriego naniesiono po 1 ml soku z buraka ćwikłowego i dodano po 0,5 ml odpowiedniego roztworu zgodnie z poniższą tabelą Numer szalki Dodany roztwór

1 woda

2 0,2 mol/dm³ NaOH 3 0,5 mol/dm³ NaOH

4 Ocet (10% kwas octowy)

Doświadczenie 3

Sok z buraka – naturalny wskaźnik pH

Obserwacje

Numer szalki

Dodany roztwór Zmian zabarwienia

1 woda brak

2 0,2 mol/dm³ NaOH

z czerwonej na

niebiesko-fioletową 3 0,5 mol/dm³

NaOH

z czerwonej na brunatną

4 Ocet z czerwonej na

+ woda

+ 0,2 M NaOH

+ 0,5 M NaOH

Doświadczenie 3

Sok z buraka – naturalny wskaźnik pH

Wnioski

Betanina – czerwony barwnik występujący w soku z buraka ćwikłowego zmienia zabarwienie w zależności od pH

środowiska. W pH z zakresu 3 – 6,5 barwa jest purpurowo- czerwona, w pH 6,5 – 8 niebiesko-fioletowa, natomiast w pH powyżej 8,5 następuje degradacja do barwy brunatnej.