CHEMIA ŻYWNOŚCI Technologia żywności i żywienie człowieka

Prezentacja na temat: "CHEMIA ŻYWNOŚCI Technologia żywności i żywienie człowieka"— Zapis prezentacji:

1 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

2 Prof. dr hab. inż.. Janina E. Kamińska
Instytut Podstaw Chemii Żywności Nowy gmach, II piętro, pokój 209 Telefon: Konsultacje: środa, 14:15 – 15:00 piątek, 14:15 – 15:00

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

4 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.

5 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.

6 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).

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

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

9 dostępne w Wydziałowej bibliotece
PODRĘCZNIKI dostępne w Wydziałowej bibliotece

10 WYKŁAD 1-2

11 MIKROBIOLOGIA BIOLOGIA NAUKA O ŻYWNOŚCI INŻYNIERIA CHEMIA

12 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

13 CHEMIA ŻYWNOŚCI ZOOLOGIA BOTANIKA BIOLOGIA MOLEKULARNA CHEMIA
FIZJOLOGIA BIOCHEMIA

14 CO ZAWIERA ŻYWNOŚĆ?

15 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

16 DLACZEGO MUSIMY SIĘ ODŻYWIAĆ?

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

18 Acetylokoenzym A (acetylo-CoA)

19 Acetylo-CoA ATP = trifosforan adenozyny

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

21 DLACZEGO UCZYMY SIĘ CHEMII ŻYWNOŚCI?

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

23 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

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

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

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

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

28 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

29 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

30 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

31 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)

32 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

33 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

34 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

35 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

36 Skład chemiczny surowców i produktów żywnościowych

37 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%

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%

39 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%

40 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%

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

42 Woda w żywności

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

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

45 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

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

47 Zawartość wody i jej aktywność w żywności
Zaw.wody % aw Owoce 90 0.97 Chleb 35-40 0.69 Warzywa Dżem 30-35 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

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