1. ÚVOD, VODA Úvod věda o potravinách součásti

chemie potravin statická část dynamická část technologie potravin (zpracování, skladování, distribuce) mikrobiologie výživa

terminologie potrava

poživatiny potraviny pochutiny

lahůdky nápoje

potraviny potravní doplňky (nutriční faktory) potraviny pro zvláštní výživu

funkční potraviny nutraceutika

chemické složení potravin živiny

výživová (nutriční) hodnota (jakost) energetická hodnota (výtěžnost)

základní živiny, živné látky bílkoviny tuky cukry esenciální (nepostradatelné) výživové faktory, přídatné (akcesorní) živiny vitaminy minerální látky voda

výživová a energetická hodnota závisí na: obsahu živin travitelnosti vstřebatelnosti využitelnosti obsahu jiných látek stravovacím režimu zdravotním a psychickém stavu spalném teple senzoricky aktivní látky organoleptické vlastnosti

senzorická (smyslová) hodnota (jakost)

vjemy olfaktorické vůně vonné látky gustativní chuť chuťové látky

aróma aromatické látky vizuální barva barevné látky

vzhled, tvar (geometrické aspekty) haptické (hmatové) textura konzistence (mechanické aspekty) auditorické zvuky

antinutriční látky (faktory) přirozené toxické látky cizorodé látky aditivní (přídatné) látky, aditiva kontaminující látky (kontaminanty) exogenní

endogenní

hygienicko-toxikologická hodnota (jakost) zdravotní nezávadnost

další složky jakosti potravin

2

Voda

• jediná anorganická sloučenina v biosféře přítomná ve velkém množství • přítomna ve všech živých organismech • často hlavní složka • lidské tělo obsahuje asi 60 % vody, z toho:

25 kg intracelulární (buněčné tekutiny) 15 kg extracelulární tekutiny (12 kg tkáně, 3 kg plasma)

funkce

• tepelné hospodářství organismu • transportní medium • stabilizátor biopolymerů • rozpouštědlo • reakční medium • reaktant

bilance klasifikace

• voda endogenní: oxidace hlavních živin, 300-400 g/den • voda exogenní: nápoje, potrava, 2000-2800 g (průměrně 2500 g)/den

voda pitná voda v potravinách

VODA PITNÁ jakostní požadavky voda povrchová (∼ 80 %)

• velmi čistá voda • čistá voda

voda podzemní (∼ 20 %)

• vhodná pro vodárenské účely • prostá (< 1 g/l) • minerální (> 1 g/l)

jakostní požadavky na pitnou vodu:

• mikrobiologické • fyzikální • chemické • radiologické

výroba pitné vody požadavky potravinářského průmyslu

• tvrdost, obsah některých kationtů, aniontů

• kojenecká (vybraný druh pitné vody z podzemních zdrojů) • pitná (druh pitné vody) • sodová (nápoj ze stolní nebo pitné vody a CO2)

3

• perlivá, sycená • přírodní, pramenitá, lehce mineralizovaná, ….

požadavky voda užitková voda provozní VODA V POTRAVINÁCH obsah v potravinách

• organoleptické vlastnosti (textura, chuť, ….) • odolnost vůči ataku mikroorganismů • biochemické a chemické reakce

klasifikace

• potraviny s vysokým obsahem • potraviny se středním obsahem • potraviny s nízkým obsahem

změny při skladování a zpracování

• spontánní (přirozené) • záměrné (uchovatelnost)

ztráty

sušení, vaření, pečení, rozmrazování nárůst vlhnutí, botnání, vaření (příklady) STRUKTURA voda (chemické individuum)

• nedisociované molekuly H2O • hydratované hydroniové ionty (protony) H3O+ (H9O3

+) • hydroxylové ionty HO- • jejich izotopové varianty (2H, 3H, 17O, 18O)

elektrický stálý (permanentní) dipól INTERAKCE MOLEKUL VODY elektrostatické interakce molekul, asociace vodíkovými vazbami koordinační číslo: led=4, voda (1,5 oC) = 4,4 asociační struktura: mřížka, poruchy struktury: neelektrolyty, elektrolyty, ionty VLASTNOSTI běžné teploty: 3 skupenství (vzájemné vztahy: stavový diagram)

4

unikátní, anomální vlastnosti technologické důsledky a využití INTERAKCE V POTRAVINÁCH nevazebné (nekovalentní) interakce interakce voda – minerální látky

• rozpouštění a vznik pravých roztoků • hydratace iontů

interakce voda – bílkoviny

• nativní konformace • aktivita enzymů • denaturace • vznik disperzních soustav (gelů)

interakce voda – lipidy

• vznik biomembrán • vznik disperzních soustav (emulzí)

interakce voda – sacharidy

• rozpouštění krystalů • stabilizace anomerů, konformerů • vznik disperzních soustav (gelů)

voda volná (mobilní) voda vázaná (imobilizovaná) kategorie (potraviny s > 90 % vody)

• monomolekulární vrstva (voda vicinální) • voda vícevrstvá • voda kondenzovaná (zachycená a volná)

AKTIVITA VODY v potravinách požadavky mikroorganismů množství vody v relaci s

• růstem mikroorganismů • biochemickými a chemickými reakcemi • organoleptickými vlastnostmi

dostupnost (využitelnost) aktivita vody aproximace Lewisova zákona pro nízký tlak

aw = (f / f0)= pw / pw0 = ϕ / 100

5

pw = parciální tlak vodní páry nad potravinou pw

0 = parciální tlak vodní páry čisté vody stejné teploty ϕ = rovnovážná relativní vlhkost vzduchu

další faktory: pH, O2 závislost na teplotě: Clausius-Clapeyronova rovnice (∆H = isosterické teplo sorpce)

d(ln aw)/d(1/T) = - ∆H/R

vliv aw na mikroorganismy a významné reakce sorpční izotermy vztah mezi obsahem vody v potravině a její aktivitou (rovnovážnou relativní vlhkostí okolního vzduchu) teplota skelného přechodu (Tg, charakteristická veličina přechodu z elastického, tj. pružného, do sklovitého stavu)

6

zpět Vybrané jakostní požadavky na pitnou vodu

Ukazatel Požadavek

vzhled bezbarvá čirá tekutina

hodnota pH 6-8 oxidovatelnost (mg.dm-3 O2 ) nejvýše 3 baktérie koliformní a enterokoky žádné a) baktérie mesofilní 20 nebo 100b) baktérie psychrofilní 200 nebo 500 b)

veškeré rozpuštěné látky (mg.dm-3 ) nejvýše 1000, optimálně 500

huminové látky (mg.dm-3 ) nejvýše 2,5 c)

amoniak, amonné ionty (mg.dm-3 ) nejvýše 0,5 arsen (mg.dm-3 ) nejvýše 0,05 barium (mg.dm-3 ) nejvýše 1,0 hliník (mg.dm-3 ) nejvýše 0,2 hořčík (mg.dm-3 ) nejvýše 125 chrom (mg.dm-3 ) nejvýše 0,05 kadmium (mg.dm-3 ) nejvýše 0,005 mangan (mg.dm-3 ) 0,1 nebo 0,3 c)

měď (mg.dm-3 ) nejvýše 0,1 olovo (mg.dm-3 ) nejvýše 0,05 rtuť (mg.dm-3 ) nejvýše 0,001 selen (mg.dm-3 ) nejvýše 0,01 stříbro (mg.dm-3 ) nejvýše 0,05 vanad (mg.dm-3 ) nejvýše 0,01 vápník (mg.dm-3 ) nejméně 20 zinek (mg.dm-3 ) nejvýše 5 železo (mg.dm-3 ) 0,3 nebo 0,5 c)

dusičnany (mg.dm-3 ) nejvýše 50 dusitany (mg.dm-3 ) nejvýše 0,1 chloridy (mg.dm-3 ) nejvýše 100 fluoridy (mg.dm-3 ) nejvýše 1,5 kyanidy (mg.dm-3 ) nejvýše 0,01 sírany (mg.dm-3 ) nejvýše 250 aktivní chlor (mg.dm-3 ) nejméně 0,05,

nejvýše 0,3 sulfan (mg.dm-3 ) nejvýše 0,01 fenoly (mg.dm-3 ) nejvýše 0,05 d)

polyaromatické uhlovodíky (mg.dm-3 ) nejvýše 0,04 ropné látky (mg.dm-3 ) nejvýše 0,05 a) U hromadných zdrojů ve 100 ml, u individuálních zdrojů v 10 ml. b) U hromadných (první číslo) i individuálních (druhé číslo) zdrojů v 1 ml. c) U hromadných zdrojů. d) Vyjádřeno jako fenol. zpět

zpět Obsah vody v některých potravinách

Potravina Obsah vody v %

maso vepřové 30-72 maso hovězí 35-73 maso kuřecí 63-77 maso rybí 65-81 mléko kravské 87-91 sýry 30-78 vejce 74 máslo, margaríny 15-18 olej, sádlo 0-0,5 med, sirupy 20-40 cukr (sacharosa) 0-0,5 ovoce, džusy 81-94 zelenina 60-93 brambory 75-80 luštěniny 10-12 obiloviny 11-14 chléb 35-45 těstoviny 9-12 ořechy 3-6 pivo 90-96 zpět

zpět Změny obsahu vody v některých potravinách při zpracování

Potravina Obsah vody v %

vepřové maso syrové 68 pečené 55 smažené 53 rybí maso (treska) syrové 81 konzervované 79 smažené 65 sušené (solené) 52 dehydratované (solené) 12 mléko (3,5 % tuku) syrové 87 pasterované 87 zahuštěné (neslazené) 74 kondenzované (slazené) 27 sušené 4 sója syrové boby 10 boby po máčení ve vodě (1 h) 35 boby po máčení ve vodě (10 h) 60 vařené boby 71 mouka 8 tvaroh (tofu) 85 mléko 92 omáčka (shoyu) 63 maso suché 9 maso po máčení ve vodě (1 h) 65 maso po máčení ve vodě (10 h) 73 vařené maso 79 brambory syrové 80 vařené ve slupce 80 vařené bez slupky 83 mouka 8 předsmažené hranolky 74 smažené hranolky 55 smažené lupínky 2 jablka po sklizni 85 po skladování 84 vařená s cukrem (pyré) 80 sušená 24 džus 88 cibule syrová 89 vařená 92 smažená 42 sušená 4 zpět

zpět Přehled nevazebných interakcí

Druh interakcí Příklady

Elektrostatické interakce ion-ion ionty solí, ionizované funkční skupiny

bílkovin, sacharidů ion-permanentní dipól ionty solí-voda, ionizované funkční

skupiny bílkovin-voda, funkční skupiny sacharidů-voda

vodíkové vazby voda-voda, funkční skupiny bílkovin, sacharidů

permanentní dipól-permanentní dipól

funkční skupiny bílkovin, sacharidů

indukovaný dipól-indukovaný dipól

funkční skupiny bílkovin, sacharidů

Hydrofobní interakce hydrofobní funkční skupiny bílkovin, lipidů

zpět

zpět Aktivita vody ve vybraných potravinách

Potravina Aktivita vody

čerstvé maso, vejce, zelenina, ovoce 0,97-0,98 sýry, chléb 0,97 ovocné džemy 0,82-0,94 uzeniny 0,82-0,85 sušené ovoce 0,76-0,80 med 0,75 těstoviny 0,50 cukr 0,10 zpět

zpět Požadavky vybraných mikroorganismů na minimální aktivitu vody

aw Baktérie Kvasinky Plísně

0,96 Pseudomonas 0,95 Salmonela

Escherichia Bacillus Clostridium

0,94 Lactobacillus Pediococcus Mycobacterium

0,93 Rhizopus Mucor

0,92 Rhodotorula Pichia

0,90 Micrococcus Saccharomyces Hansenula

0,88 Candida Torulopsis

Cladosporium

0,87 Debaryomyces 0,86 Staphylococcus 0,85 Penicillium 0,65 Aspergillus 0,62 Zygosaccharomyces 0,60 Xeromyces zpět