Konzervárenství

Konzervárenství
prodloužení poživatelnosti potravin
(ovoce, zelenina, maso)
1
Nemikrobní změny potravin
• vnější faktory
ƒ kyslík (oxidačně redukční reakce)
•
•
•
•
odstranění prodýchání nebo prohřátí (skladování plodin)
balení a vakuace
přídavek enzymů (vazba a přeměna kyslíku)
inaktivace oxidáz (vysoké a krátké zahřátí, přídavek
antioxidantů)
ƒ světlo (radikálové reakce)
• ukládaní v temnu, neprůhledné obaly
ƒ změna barvy, chuti a aroma
• cukry, soli, kyseliny, třísloviny
• kovy (barva+chuť)
• chemické konzervanty (chuť a aroma)
2
Mikrobní změny potravin
• mikroorganismy
ƒ bakterie a houby
• produkce enzymů a sekundárních metabolitů (toxiny)
– kažení potravin
• choroboplodné mikroorganismy
• ochrana
ƒ intenzita rozkladu
• R=(četnost mikr.)×(virulence)/odolnost prostředí
ƒ konzervační metody
• eliminace četnosti mikroorganismů
• eliminace virulence (přímá inaktivace)
• zvýšení odolnosti prostředí vlastní úpravou (nepřímá
inaktivace)
3
• Mikrobiologie
Historie
ƒ spor o teorii samoplození
ƒ spor o původ/podstatu kvašení
• Denis Papin (1647 - 1712)
ƒ autokláv (tlaková nádoba zejména pro chemické procesy)
• Lazaro Spallanzani (*1729)
ƒ pokus o vyvrácení teorie samoplození mikrobů → vynález konzervace
• Theodor Schwan (*1810)
ƒ příčinou kvašení mikroorganismy (×Liebig)
• Louis Pasteur (*1822)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
vyvrátil teorii samoplození (baňka s labutím krkem)
1857 mikroorganismy způsobují mléčné/alkoholové kvašení
1861 objev anaerobních bakterií
1865 pasterizace (pivo, víno 52,7°C, mléko 61,6°C/30min,
dnes 71-72°C/20-30sec)
• Eduard Bűchner (*1860)
ƒ objasnění alkoholového kvašení-enzymy (NC1907)
4
• krabicové "...."/obal
ƒ John Van Wormer (USA)
• myšlenka plnit mléko do papírových obalů (jednoho rána, když se
mu "podařilo" rozbít láhev mléka a rozlít mléko po podlaze).
• 1915 patent Obal "Pure-Pak" (symbol: obal je na jedno použití)
ƒ Ruben Rausing a Erik Wallenberg (SWE)
• 1944 papír potažený plastovou folií
• 1951 společnost AB Tetra Pak. (100 ml “tetrapaků” smetany).
• 1959 Tetra Brik, krabicové mléku ve tvaru cihly.
• chlazení/mražení
ƒ 1607 Blasius Villafranca, IT, lékař Methodus refrigerandi L.
Tancredus vyrobil první umělý led v Evropě
ƒ 1790 W. Cullen, GB, lednička
ƒ 1834 Jakob Perkins, USA patent na chladicí stroj s éterovými
parami, chladicím hadem a výparníkem
ƒ 1869 Ch. Tellier, FR, čpavkový chladicí stroj
ƒ 1875 Karl Paul Gottfried von Linde, DE, čpavkovým chladicím
strojem stroj s kompresorem
ƒ 1930 v prodeji první zmražené potraviny v balíčcích
ƒ 1939 v prodeji první potraviny před zmražením tepelně
zpracované
5
Konzervační metody
• eliminace četnosti mikroorganismů
ƒ pouze u ovocných šťáv, vín a mléka
• mikrobiologická filtrace (deskové filtry)
• membránová ultrafiltrace (2-200nm)
• baktofugace (odstranění termorezistentních spor odstředěním)
• zvýšení odolnosti prostředí vlastní úpravou
(nepřímá inaktivace)
ƒ fyzikální: vlhkost, teplota, atmosféra
ƒ chemické: (uzení, konzervanty)
ƒ biologické (kvašení)
• eliminace virulence (přímá inaktivace)
ƒ dosažení obchodní/praktické sterility
• fyzikální děj/chemické činidlo
• metody: viz pokračování
6
Termosterilace (přímá inaktivace)
• kyselé potraviny (pH<4.0)
ƒ ovoce, okyselená zelenina, marinované maso
ƒ pasterační teplota (70-100oC): kvasinky, plísně,
nesporulující bakterie
• málo kyselé potraviny (pH>4.0)
ƒ pasterace (115-125oC/minuty): sporulující bakterie
ƒ částečná/úplná inaktivace enzymů (diagram)
• provedení
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
uzavřené obaly (vodní/parní lázně, autokláv)
ultrapasterace-uperace (tlaková sterilace horkou parou)
klasický odporový ohřev (75oC/15min)
kontinuální odporový ohřev (95-145oC)
vysokofrekvenční ohřev
• střídavé el. pole (150MHz)
• mikrovlny (25000MHz)
7
• Diagram termoinaktivace u kyselých potravin
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
A-mikroflóra kyselých potravin
B-bakterie kyselých potravin
C-oxidoreduktázy ovoce
D-Paecilomyces vari
• Diagram letality mikroorg. nekyselých potravin
ƒ A-normálně rezistentní sporulanti
ƒ B-velmi rezistentní sporulanti
ƒ C-Clostridium botulinum (pH>5.6)
8
Ostatní přímé inaktivace
• sterilace krátkovlnným a elektronovým zářením
ƒ rychlé usmrcení bez ohřevu potravin
• beta-záření (elektronové, 0.5-10MeV)
• gama-záření (velmi krátkovlnné, λ=0.1-1000nm)
• ultrazvuk
ƒ dávka:
• radiopasterace (1kJ/kg): nesporulující mikroflóra
• radiosterilace (10kJ/kg): bakteriální spóry
• chemosterilace
ƒ aktivní kyslík, stříbrné ionty (dezinfekce vody)
ƒ diethylester kys. diuhličité (ovocné šťávy)
ƒ peroxid vodíku, ethylenoxid, methylbromid, ...
9
Nepřímá inaktivace-fyzikální
• osmoanabiózy (vysoušení, zvýšení osmotického tlaku)
ƒ obsah vody na 13% (zelenina), 25% (maso)
ƒ rychlé a šetrné sušení (POZOR!-termolabilní složky), NESMÍ SE
PŘESUŠIT!!!!
• odpaření (ovocné šťávy, zeleninové protlaky)
• vyvaření nebo vymražení
• membráová ultrafiltrace
• přídavek osmoticky aktivních látek (soli, cukr, ...)
• psychro/kryoanabióza (snížení teploty)
ƒ rychlost rozkladných procesů se s teplotou snižuje: Q10=k(t+10)/kt
kt-rychlost reakce při teplotě t, k(t+10)-...,
ƒ chladírenství (T~4°C)
ƒ mrazírenství (T -30 až -18°C, rychlé zmražení-mikrokrystaly ledu):
voda přestává být reakčním prostředím
• anoxie (bez kyslíku)
ƒ atmosféra s regulovaným obsahem O2 (3%O2, 5-15%CO2, zbytek
N2, T~2°C, relativní vlhkost 85-90%)
ƒ impregnace ovocných šťáv (do 1.5% (w/v)CO2, T>15°C, pH<4)
10
Nepřímá inaktivace-chemická
• přídavek rafinovaných chemikálií
ƒ látky zdraví neškodné, neovlivňující chuť, aroma, barvu, ...)
ƒ kys. benzoová, sorbová, mravenčí
ƒ malé množství (0.1-0.01%, w/w), omezováno
• uzení
ƒ bakterio/mykostatické látky kouře: kys. mravenčí, octová, metanol,
aceton, krezoly
• dlouhodobé uzení studeným kouřem (suché salámy)
• uzení horkým kouřem (měkké salámy, chuťové nabohacení)
• umělé uzení (nahrazení kouře atmosférou směsi látek)
• ostatní
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
etanol (13-30%, v/v): zabití mikroorg., brání klíčení spór
org. kyseliny: octová, mléčná, citronová, jablečná
antibiotika:nisin (S. lactis), primaricin (S. natalensis)
fytoncidy: allicin (česnek, cibule, křen), skořicový aldehyd)
11
Nepřímá inaktivace-biologická
• kontrolovaný mikrobiální proces
• tvorba přirozených konzervačních činidel
ƒ etanolové kvašení
• kvasinky rodu Sacharomyces
• ovocné šťávy, pivo, víno, ...
ƒ mléčné kvašení
• Lactobacillus brevis, L. plantarum
• tvorba kys. mléčné a octové (pH<3.7), antibiotik, etanolu, CO2
• zelenina (kyselé okurky, zelí, ....)
12
Technologie zpracování ovoce a zeleniny
•
zabránění procesů
ƒ třísloviny, heteroglykosidy, barevné látky (Δ chuti, barvy a aroma)
ƒ kyselina L-askorbová (dehydrogenace, hnědavé tóny)
ƒ depolymerace a zmýdelnění pektinů (konzistence)
sklizeň
praní
KUSOVÝ CHARAKTER
EXPEDICE
jakostní třídění
VÝROBA PROTLAKŮ
odstopkování
odpeckování, odjadřincování
rozváření
loupání
drcení
úprava drtě
lisování
velikostní třídění
dělení
VÝROBA ŠŤÁV
pasírování
baleni
čiření
ultrafiltrace
separace kalů
blanšírování
konzervace
EXPEDICE
13
Technologie masa-složení
• bílkoviny
ƒ sarkoplasmatické (myoglobin, myoben-cytoplazmatické) rozpustnost ve
vodě
ƒ myofibrilární (aktin, myosin-myofibrily) rozpustnost nad 2% NaCl
ƒ stromatické (kolagen-b. membrány+pojivo) nerozpustné
• tuky
ƒ intramuskulární (křehkost a chuť=jakost, bílá kresba-mramorování)
ƒ zásobní (tuková-adiposní tkáň)
• ostatní
ƒ minerály (fosfáty, Ca, K, Fe, Mg, ...)
ƒ vitamíny (B=B2 riboflavin a B12, D, E, A)
ƒ extraktivní látky (aminokyseliny, peptidy, kreatin, ...)
• barva (hem: myoglobin, hemoglobin-vykrvení)
ƒ oxymyoglobin (MbO2)=rumělkově červený
Fe2+
• MB+O2→ MbO2
ƒ oxidace Fe2+→Fe3+ (metMb)=hnědý, hnědošedý
N
N
N
N
• Mb+2H++1/2O2→ 2metMb++H2O
ƒ nitroxyhemochrom (MbNO)=růžový
• Mb+H++NO2-→ metMb+NO → MbNO
14
Technologie masa-konzervace
•
•
•
•
•
chladírenské a mrazírenské uchování
solení
uzení
sušení
zabránění procesů ovlivňující chuť a aroma
ƒ opožděné vykrvení, vyčerpání zvířat (malý pokles pH)→ tmavé,
tuhé, suché (myopathie)
ƒ neúplná oxidace sacharidů (svalový glykogen)→nasládlé
ƒ trvalé okyselení kys. mléčnou (pH~5.3) →kyselé
ƒ částečná denaturace bílkovin (rychlý pokles pH)→bledé, měkké,
vodnaté
ƒ enzymová katalýza
ƒ pomalé snížení T → mechanické poškození tkání krystaly vody
ƒ zmýdelňování tuků a oxidace FA →žluknutí
15
Chladírenské a mrazírenské uchování
• změny v mase postmortem
ƒ pre-rigormortis (max glykogen a ATP, pH6.9-7.2)
• glykogen →anaerobní glykolýza→kys. mléčná (pH5.5)
ƒ rigor-mortis (posmrtná ztuhlost)
• vyčerpání glykogenu a ATP, tvorba aktomyosinu, nízké pH (CO2,
Pi, kys. mléčná), špatná vazba vody
ƒ zrání (opětovné uvolnění)
• proteolýza bílkovin, vazba vody, nárůst pH →chuť a aroma
• vaznost= vázaná/celková voda
– hydrofilní fční skupiny bílkovin+imobilizovaná mezi b. strukturami
ƒ hluboká autolýza
• rozklad bílkovin na peptidy a aminokyseliny, hydrolýza tuků
→nepříjemné aroma a chuť, mikrobiální kolonizace
• odvěčnění (zrání 10-14 dní~0°C)
ƒ optimalizace vlhkosti (růst psychrotrofních org.×hmotnostní ztráty)
• chlazení (vysoká rychlost limitována chladovým zkrácením→nevratně
tuhé maso × mikrokrystaly vody)
• zmrazení (vždy až po odeznění rigormortis!!!)
ƒ dlohodobě na -18°C, zhoršení kvality sublimací vody, oxidací hemu, ...)
16
Solení
ƒ přídavek 2-3% (w/w)
ƒ zvýšení údržnosti, ovlivnění chuti, barvy a soudržnosti
(rozpouští myofibrilární bílkoviny)
ƒ technologie provedení
• naložení do láku (týdny)
• nastříknutí nebo vmasírování
• solící směsi
ƒ s NaCl:
• NaNO2 (rychlosůl), NaNO3 (sanitr)- nutná redukce mikroflorou,
polyfosfáty (zvýšení vaznosti), kys. askorbová/askorban (redukce
dusitanů, metmyoglobinu), lakton kys. D-glukonové (okyselení
fermentovaných salámů), sacharidy (substrát pro mikrofloru),
koření/extrakty
ƒ směs s dusitanem (0.5-0.6%, toxický, karcinogenní nitrosaminy)
• inhibice sporulojících organismů (Clostridium botullinum)
• tvorba chuti, vůně a růžové barvy (nitroxymyoglobin)
• bez dusitanu šedohnědá barva (metmyoglobin)
17
Uzení, sušení a tepelné opracování
• uzení
ƒ zvýšení údržnosti=teplo+kouř
ƒ žádané organoleptické vlastnosti (aroma, chuť)
ƒ udící kouř (disperzní soustava)
• plyny (N2, O2, CO2, H2O), alkoholy (MetOH), aldehydy, ketony (aceton),
kyseliny (octová), estery, pyridin, fenoly, karcinogenní látky (PAU)
ƒ druhy udícího kouře (z tvrdého dřeva-bukové)
• horký, 80-90°C, salámy
• teplý, 60°C, uzená masa (1-3h, dusitanová směs), slanina
• studený, 18-23°C, lovecký salám, poličan
• sušení a tepelné opracování
ƒ zvýšení údržnosti, úprava organoleptických vlastností
ƒ sušení tepelně opracovaných výrobků (7-14 dní), turistický
• tepelná úprava uprostřed výrobku (70°C, 10min)
• ochlazení (rychlé překonání oblasti 20-40°C~mikroorg.)
ƒ sušení fermentovaných výrobků (až 5 týdnů)
• fermentace (Lactobacillus, Streptococcus)
ƒ tvorba kys. mléčné, snížení pH, snížení aktivity vody
18