CHEMIA ŻYWNOŚCI Technologia żywności i żywienie człowieka Studia I stopnia inżynierskie, semestr IV Rok akad. 2017/18 Wykład - 15 h Prof. dr hab. Janina E. Kamińska Laboratorium – 30 h Dr inż. Halina Sadowska

Prof. dr hab. inż.. Janina E. Kamińska Instytut Podstaw Chemii Żywności Nowy gmach, II piętro, pokój 209 Telefon: 42 6313412 E-mail: janina.kaminska@p.lodz.pl Konsultacje: środa, 14:15 – 15:00 piątek, 14:15 – 15:00

ZALICZENIE PRZEDMIOTU (5 ECTS) WYKŁAD – pisemny test egzaminacyjny 60% oceny LABORATORIUM – 40% oceny POPRAWA OCENY – wyłącznie poprzez dodatkową rozmowę

WYKŁAD Skład chemiczny surowców żywnościowych. Składniki odżywcze (tłuszcze, cukry, białka) oraz nieodżywcze (witaminy, barwniki, substancje zapachowe). Typy reakcji zachodzących podczas przechowywania i przetwarzania żywności. Rola wody w żywności. Biologiczne funkcje składników odżywczych żywności. Podstawowe techniki chromatograficzne stosowane do wyodrębniania i analizy składników żywności. Lipidy. Tłuszcze jadalne. Budowa i reakcje trójacylogliceroli - utlenianie i reakcje termiczne. Polimorfizm tłuszczów. Reakcje lipidów ze składnikami żywności. Właściwości funkcjonalne lipidów. Fosfolipidy, sfingolipidy, sterole.

WYKŁAD Mono- i oligosacharydy. Występowanie, budowa, właściwości sensoryczne. Degradacja termiczna - karmelizacja. Reakcje cukrów z aminokwasami (reakcja Maillarda). Polisacharydy. Występowanie, budowa, właściwości funkcjonalne. Aminokwasy, peptydy. Występowanie, właściwości sensoryczne, reakcje aminokwasów wielofunkcyjnych. Białka. Skład aminokwasowy i struktura. Denaturacja białek. Właściwości funkcjonalne i reakcje białek (przemiany termiczne, utlenianie, reakcje w środowisku alkalicznym). Witaminy - budowa, występowanie, właściwości. Barwniki naturalne - budowa, występowanie, właściwości.

LABORATORIUM Pięć ćwiczeń laboratoryjnych wybranych z dostępnego zestawu ilustrujących metody wyodrębniania (ekstrakcja, destylacja z parą wodną) i analizy (chromatografia gazowa, cienko-warstwowa) składników żywności oraz ich właściwości Transestryfikacja tłuszczów jadalnych - badanie profilu kwasów tłuszczowych (składu jakościowego i ilościowego) różnych tłuszczów . Alkaliczna hydroliza triacylogliceroli (zmydlanie). Acetylowanie cukrów (glukozy, sacharozy) bezwodnikiem octowym. Kwasowa hydroliza sacharozy. Reakcja cukrów z aminokwasami (nieenzymatyczne brązowienie). Wyodrębnianie i identyfikacja składników nielotnych metodą chromatografii cienkowarstwowej (np. izolacja laktozy lub kazeiny z mleka, teobrominy z kakao, kofeiny z herbaty, chlorofilu i karotenoidów z liści szpinaku, likopenu z pasty pomidorowej, piperyny z pieprzu).

PODRĘCZNIKI dostępne w Wydziałowej bibliotece Red. Z. Sikorski, H. Staroszczyk PWN Warszawa 2017

PODRĘCZNIKI dostępne w Wydziałowej bibliotece Red. Z. Sikorski, H. Staroszczyk WNT Warszawa 2015

dostępne w Wydziałowej bibliotece PODRĘCZNIKI dostępne w Wydziałowej bibliotece

WYKŁAD 1-2 02.03.18

MIKROBIOLOGIA BIOLOGIA NAUKA O ŻYWNOŚCI INŻYNIERIA CHEMIA

CHEMIA ŻYWNOŚCI SKŁAD ŻYWNOŚCI WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE SKŁADNIKÓW ŻYWNOŚCI ZMIANY (REAKCJE) CHEMICZNE ZACHODZĄCE PODCZAS PRZECHOWYWANIA I PRZETWARZANIA ŻYWNOŚCI REAKCJE POMIĘDZY SKŁADNIKAMI REAKCJE POD DZIAŁANIEM CZYNNIKÓW ZEWNĘTRZNYCH WPŁYW ZMIAN CHEMICZNYCH NA JAKOŚĆ I BEZPIECZEŃSTWO ŻYWNOŚCI

CHEMIA ŻYWNOŚCI ZOOLOGIA BOTANIKA BIOLOGIA MOLEKULARNA CHEMIA FIZJOLOGIA BIOCHEMIA

CO ZAWIERA ŻYWNOŚĆ?

Skład chemiczny żywności: Składniki odżywcze: Białka (proteiny) Sacharydy (węglowodany, cukry) Lipidy (tłuszcze) Inne składniki: Witaminy Barwniki (pigmenty) Sole mineralne Substancje smakowe i zapachowe Substancje balastowe

DLACZEGO MUSIMY SIĘ ODŻYWIAĆ?

Acetylokoenzym A Metabolizm żywności ŻYWNOŚĆ TŁUSZCZE SACHARYDY BIAŁKA Kwasy tłuszczowe, glicerol Glukoza, inne cukry Aminokwasy -utlenianie glikoliza Acetylokoenzym A

Acetylokoenzym A (acetylo-CoA)

Acetylo-CoA ATP = trifosforan adenozyny

Wytwarzanie i zużywanie energii w organizmach żywych HPO42-, H+ ADP ATP + H2O Difosforan adenozyny Trifosforan adenozyny

DLACZEGO UCZYMY SIĘ CHEMII ŻYWNOŚCI?

Zmiany właściwości żywności podczas przechowywania i przetwarzania Tekstura utrata rozpuszczalności utrata zdolności zatrzymywania wody twardnienie mięknięcie

Zmiany właściwości żywności podczas przechowywania i przetwarzania Zapach i smak jełczenie zmiana zapachu, smaku podczas gotowania, smażenia, pieczenia pojawienie się obcego zapachu lub smaku pożądany zapach, smak

Zmiany właściwości żywności podczas przechowywania i przetwarzania Kolor ciemnienie rozjaśnienie lub utrata barwy pojawienie się pożądanego koloru (np. brązowienie pieczywa podczas wypieku)

Zmiany właściwości żywności podczas przechowywania i przetwarzania Wartość odżywcza utrata lub zmniejszenie przyswajalności: białek lipidów witamin innych ważnych dla zdrowia składników

Zmiany właściwości żywności podczas przechowywania i przetwarzania Bezpieczeństwo powstawanie substancji toksycznych deaktywacja substancji toksycznych powstawanie substancji korzystnych dla zdrowia człowieka

Nieenzymatyczne brązowienie Reakcje chemiczne i biochemiczne wpływające na jakość i bezpieczeństwo żywności Nieenzymatyczne brązowienie Enzymatyczne brązowienie Żywność pieczona Rozdrobnione niektóre owoce i warzywa

Reakcje chemiczne i biochemiczne wpływające na jakość i bezpieczeństwo żywności Utlenianie Hydroliza Jełczenie tłuszczów Degradacja witamin Odbarwienie pigmentów Utrata wartości odżywczych białek Lipidy, białka, polisacharydy, pigmenty

Synteza i degradacja polisacharydów Reakcje chemiczne i biochemiczne wpływające na jakość i bezpieczeństwo żywności Obecność metali Synteza i degradacja polisacharydów Kompleksowanie antocyjanów Utrata magnezu z chlorofilu Kataliza procesów utleniania W surowcach roślinnych po zbiorze

i polimeryzacja lipidów Reakcje chemiczne i biochemiczne wpływające na jakość i bezpieczeństwo żywności Izomeryzacja lipidów Utlenianie i polimeryzacja lipidów Wiązania C=C cis→trans, niesprzężone→sprzę-żone Podczas smażenia w głębokim tłuszczu

Denaturacja białek Sieciowanie białek Reakcje chemiczne i biochemiczne wpływające na jakość i bezpieczeństwo żywności Denaturacja białek Sieciowanie białek Koagulacja białka jaja Deaktywacja enzymów Utrata lub obniżenie wartości odżywczej (przyswajalności)

Kaskadowy charakter procesów zachodzących w żywności Reakcja pierwotna (przyczyna) Reakcja wtórna (proces następczy) Zmiana cech żywności (skutek) Hydroliza lipidów – powstają wolne kwasy tłuszczowe Kwasy tłuszczowe reagują z białkami Tekstura, zapach, smak, wartość odżywcza Hydroliza polisacharydów Monosacharydy reagują z białkami Kolor, tekstura, smak, zapach, wartość odżywcza 9 marca 2018

Kaskadowy charakter procesów zachodzących w żywności (c.d.) Rozdrobnienie owoców Rozpad komórek, uwolnienie enzymów, dostęp tlenu Tekstura, zapach, smak, kolor, wartość odżywcza Ogrzewanie surowców roślinnych Rozpad komórek, uwolnienie kwasów org., deaktywacja enzymów Ogrzewanie tkanki mięśniowej Denaturacja i agregacja białek, deaktywacja enzymów Kolor, tekstura, smak, zapach, wartość odżywcza

Schemat oddziaływań składników żywności Białka Lipidy O2, Δ Utlenione białka Nadtlenki Kat. zapach, smak, kolor Sacharydy Reaktywne zw. karbonylowe Pigmenty Witaminy Zw. smakowe, zapachowe kwas, zasada utrata wartości odżywczej, utrata tekstury reaktywność zależy od aw i temperatury Białka

Czynniki wpływające na trwałość żywności podczas przechowywania Cechy produktu Chemiczne właściwości składników Zawartość tlenu Odczyn pH Aktywność wody Temperatura zeszklenia (Tg) Zawartość wody w temp. zeszklenia Warunki otoczenia Temperatura Czas Dostęp światła Skład atmosfery Obecność zanieczyszczeń Chemiczne, fizyczne lub biologiczne warunki otoczenia

Skład chemiczny surowców i produktów żywnościowych

Mleko i przetwory Woda Białko Lipidy Sacharydy 82-88% 3-6% 4-5% 68% 3% Śmietana 25% 68% 3% 25% 4% Twaróg 64% 14% 18% 2% Ser twardy 35% 26% 32% Mleko w proszku 38%

Produkty białkowe Woda Białko Lipidy Sacharydy 72-75% 20-21% 3-7% 1% Mięso (wołowe, cielęce, wieprzowe) 72-75% 20-21% 3-7% 1% Mięso drobiowe 75% 22% 3% Ryby: dorsz śledź 81% 60% 18% <1% 16% Jaja 74% 13% 12% Soja (surowe nasiona) 9% 37% 20% 30%

Produkty sacharydowe Woda Białko Lipidy Sacharydy 13-15% 6-13% 1-4% Ziarna zbóż, przetwory zbożowe 13-15% 6-13% 1-4% 65-78% Ziemniaki 75% 2% <1% 22% Miód 17% 83% Nasiona roślin strączkowych 30% 1-3% 55-63%

Produkty lipidowe Woda Białko Lipidy Sacharydy <1% >99% 16-18% Oleje roślinne <1% >99% Smalec Masło, margaryna 16-18% 0.5% 82% 40-80% Orzech włoski 7% 17-24% 60-70% Orzech laskowy 16% 60% Orzechy ziemne 30% 50% 14%

Warzywa i owoce Woda Białko Lipidy Sacharydy Składniki mineralne 3% do 96% 3% <1% 2-30% zwykle <9% 0.1-4.5% Owoce ~1% Ponadto: kwasy organiczne, witaminy, barwniki, substancje zapachowe

Woda w żywności

Struktura i właściwości wody Struktura wody Energia wiązania O-H: 492 kJ/mol Energia wiązania wodorowego: 23 kJ/mol

Właściwości fizyczne wody Temperatura topnienia 0ºC Temperatura wrzenia 100ºC Ciepło właściwe 4 kJ/mol Ciepło parowania 2260 kJ/mol Ciepło topnienia 333 kJ/mol Napięcie powierzchniowe 0.072 N/m Stała dielektryczna (ε) 80

Rodzaje wody w żywności Woda nie związana („wolna”) – właściwości podobne do rozcieńczonych roztworów soli, połączona siecią wiazań wodorowych, ruchliwa Woda związana – otaczająca substancje rozpuszczone lub zawieszone, mniej aktywna nie zamarza do temperatury -40ºC

Aktywność wody p – cząstkowa prężność pary wodnej nad żywnością w danej temp. p0 – prężność pary nad czystą wodą w tej samej temp.

Zawartość wody i jej aktywność w żywności Zaw.wody % aw Owoce 90 0.97 Chleb 35-40 0.69 Warzywa Dżem 30-35 0.82-0.94 Soki Miód 10-20 0.75 Jaja 70-80 Cukier <10 0.10 Mięso 60-70 Płatki zbożowe Sery twarde 34-40 0.96 Owoce suszone 20-25 0.72-0.80

Strefy wartości aw aw< 0.25; adsorpcja monomolekularna aw= 0.25-0.7; adsorpcja wielowarstwowa aw> 0.7; woda wolna oprócz wody związanej Przy aw< 0.6 nie rozwija się mikroflora