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.

2

3

Metody konserwacji żywności

• metody fizyczne,

• metody biologiczne (mikrobiologiczne),

• metody chemiczne,

• metody mieszane - łączenie dwóch lub

trzech wymienionych metod

3

4

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

5

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

6

Mleko - UHT

• Temperatura sterylizacji:

135 – 150 °C

• cel: przedłużenie okresu

trwałości

• wady: zmniejszenie

wartości odżywczej,

zmiana smaku,

częściowa degradacja

białka 7 7

.

Niska temperatura

• chłodzenie

• zamrażanie

8

M. Zina, Utrwalanie i przechowywanie żywności, Wydawnictwo

Uniwersytetu Rzeszowskiego, Rzeszów 2008

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:

– 60Co (1,25 MeV),

– 137Cs (0,52 MeV),

• promieniowanie X, o energii

nieprzekraczającej 5 MeV,

• przyspieszone elektrony o energii

nieprzekraczającej 10 MeV.

9

Dopuszczalne dawki promieniowania

stosowane w Polsce

10

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

M. Zina, Utrwalanie i przechowywanie żywności, Wydawnictwo

Uniwersytetu Rzeszowskiego, Rzeszów 2008

Usuwanie wody

• zagęszczanie (zawartość wody 30%)

• suszenie (zawartość wody 10 - 15%)

• liofilizacja

11

Metody biologiczne

• fermentacja

– mlekowa

– alkoholowa

– propionowa

– octowa (tlenowa)

12

fermentacjapropionowa

kwas propionowy

fermentacjaoctowa

kwas octowy

22

D-glukoza

aldehyd 3-fosfoglicerynowy

kwas pirogronowy

fermentacjaalkoholowa

fermentacjamlekowa

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

OH OH

OH

OH

CH3 +

+ +

+

+

fermentacjapropionowa

kwas propionowy

fermentacjaoctowa

kwas octowy

22

D-glukoza

aldehyd 3-fosfoglicerynowy

kwas pirogronowy

fermentacjaalkoholowa

fermentacjamlekowa

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

OH OH

OH

OH

CH3 +

+ +

+

+

13

Fermentacja mlekowa

C6H12O6 → 2 CH3CHOHCOOH

• zastosowanie:

– przemysł mleczarski

– kwaszenie warzyw

– przemysł mięsny

– przemysł piekarniczy

14

bakterie mlekowe

Fermentacja alkoholowa

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

Produkty uboczne:

– aldehyd octowy

– mieszanina alkoholi od C3 do C5

– glicerol

– estry

15

drożdże

Fermentacja propionowa

3 CH3CHOHCOOH →

2 CH3CH2COOH + 2 CH3COOH + CO2 + H2O

Zastosowanie

• Obok fermentacji mlekowej przy produkcji

serów dojrzewających,

np. sera edamskiego

16

bakterie propionowe

Zalety fermentacji

• utrwalenie produktu spożywczego

• nadanie produktom korzystnych cech

organoleptycznych

• zwiększenie właściwości prozdrowotnych (stabilizacja wit. C i prowit. A; powstawanie

wit. B2 i PP oraz acetylocholiny)

• otrzymanie związków chemicznych

spożywczych metodami biologicznymi

17

Metody chemiczne

• solenie

• cukrzenie

• dodatek innych substancji chemicznych

(E…)

• dodawanie kwasów (marynowanie)

• peklowanie

• wędzenie

18

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)

21

CH3

COOH

Dodawanie kwasów • Kwasy organiczne

• Kwasy nieorganiczne

(E 338) H3PO4

(E 290) CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3

-

22

CH3

COOH

CH

CH3

OH

COOH

CH

CH OH

OH

COOH

COOHkwas

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):

• NaNO2 (nitryl)

• NaNO3, KNO3 (saletra)

• NaCl (sól kuchenna), cukier

• inne substancje np. zioła, wielofosforany, białka

sojowe, kwas askorbinowy

Przemiany zachodzące podczas peklowania

NaNO3 NaNO2 HNO2 NO

nitrozomioglobina i nitrozohemoglobina

24

Związki występujące w dymie wędzarniczym

25

OH

CH3

OH

CH3

CH3

OH

OCH

3

OH

fenol o-krezol ksylenol

gwajakol a-naftol

OH

kwas

octowy

kwas

mrówkowy kwas

malonowy

kwas

bursztynowy kwas

kapronowy

H

OH

O

CH3

OH

O

OH

O

O

O

OH

O

OH

O

OH

O OH

O

formaldehyd

O

CCH

3CH

3

aceton

HC

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);

26 26

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

27 27

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,

• substancje klarujące.

28 28

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)

29 29

E 101 Ryboflawina

(witamina B2) N

N

N

NHCH

3

CH3

O

O

OH

OH

OH

OH

30

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

30

E 120 Koszenila (kwas karminowy)

O

OH

OH

OH

OH

OH

OH

O

O

OH

OH

O

OH

31

Czerwony barwnik

pozyskiwany z wysuszonych, zmielonych mszyc (Coccus cacti)

ADI 0-5 mg/kg po przekroczeniu dawki dopuszczalnej jest uważany za czynnik rakotwórczy

31

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

OH

OH

O

O

NH

O

OHO

OH

32 32

E 211(E 212)

Benzoesan sodu(potasu) ONa

O

33

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)

33

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

34 34

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

35 35

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

36 36

E 951 Aspartam

NH

O

O

O

O

-O

+H3N

37

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

37

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

38 38

OH

O

HO

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

39 39

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

OH ONa

O

NH2

O

40 40

E 535 (E 536) (E 358)

Żelazocyjanek sodu (potasu) (wapnia)

[Na4[Fe(CN)6]•10H2O, K4[Fe(CN)6 ]•3H2O,

Ca2[Fe(CN)6]•12H2O

Substancje przeciwzbrylające dodawana do soli,

szczególnie jodowanej

Uważane za nieszkodliwe

ADI – 0-0,025 mg/kg

41 41

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. W dawce >90 g/dzień może wykazać działanie przeczyszczające

42 42

E 1450 Sól sodowa

oktenylobursztynianu skrobiowego

Stabilizator, zagęstnik, emulgator, substancja

wiążąca, nośnik

Wzór sumaryczny: (C6H10O5)n.(PO4)p[-CH2CHY(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

43 43

Doświadczenia wykonane

przez Studentki

z Koła Chemików

44

45

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

poziom mieszaniny i cylindry pozostawiono w celu rozwoju

drożdży. 46

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.

47

1 2 3

Doświadczenie 1 Wpływ soli i kwasu benzoesowego (E 210)

na rozwój drożdży spożywczych

Wnioski

Zmiana poziomu mieszaniny wywołana jest produkcją

CO2 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

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2↑

48

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.

50

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

51

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

spożywczych (barszcz czerwony)

52

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

53

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

54

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

purpurowo-czerwoną

+ woda

+ 0,2 M NaOH

+ 0,5 M NaOH

+ ocet

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.

55