CHEMIA YWNOCI Technologia ywnoci i ywienie czowieka III

CHEMIA ŻYWNOŚCI Technologia żywności i żywienie człowieka, III sem. , studia niestacjonarne 2018/19 Wykład - 14 h prof. dr hab. inż. Janina E. Kamińska Laboratorium – 16 h dr inż. Agnieszka Krajewska, mgr inż. Karolina Wawrzyńczak

Prof. dr hab. inż. Janina E. Kamińska Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności Instytut Podstaw Chemii Żywności Budynek A 2, II piętro, pokój 209 Telefon: 42 6313412 E-mail: janina. kaminska@p. lodz. pl Dr inż. Agnieszka Krajewska E-mail: agnieszka. krajewska@p. lodz. pl

ZALICZENIE PRZEDMIOTU WYKŁAD – pisemny test egzaminacyjny 60% oceny LABORATORIUM – 40% oceny POPRAWA OCENY – egzamin ustny

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. • Naturalne barwniki - budowa, występowanie, właściwości.

LABORATORIUM 4 ćwiczenia laboratoryjne 1. Metanoliza tłuszczów jadalnych - badanie profilu kwasów tłuszczowych (składu jakościowego i ilościowego) różnych tłuszczów metodą chromatografii gazowej (GC - Gas Chromatography) 2. Ekstrakcja kofeiny i oznaczenie jej zawartości w różnych rodzajach herbat 3. Wyodrębnianie naturalnych barwników z surowców roślinnych i ich analiza metodą chromatografii cienkowarstwowej (TLC – Thin Layer Chromatography) 4. Reakcja cukrów z aminokwasami (reakcja Maillarda czyli nieenzymatyczne brązowienie)

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

PODRĘCZNIKI dostępne w wydziałowej bibliotece

WYKŁAD 1 06. 10. 2018

NAUKA O ŻYWNOŚCI MIKROBIOLOGIA 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 FIZJOLOGIA CHEMIA BIOLOGIA MOLEKULARNA BOTANIKA ZOOLOGIA

CO ZAWIERA ŻYWNOŚĆ? Żywność Woda Składniki odżywcze Inne składniki

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 Denaturacja i agregacja białek, deaktywacja enzymów Tekstura, zapach, smak, kolor, wartość odżywcza Ogrzewanie tkanki mięśniowej Kolor, tekstura, smak, zapach, wartość odżywcza

Czynniki wpływające na trwałość żywności Cechy produktu • Chemiczne właściwości składników • Zawartość tlenu • Odczyn p. H • Aktywność wody • Temperatura zeszklenia • Zawartość wody w temp. zeszklenia • Obecność zanieczyszczeń Warunki otoczenia • • • Temperatura Czas Dostęp światła Skład atmosfery Obecność zanieczyszczeń w otoczeniu • Chemiczne, fizyczne lub biologiczne warunki otoczenia

Skład chemiczny surowców i produktów żywnościowych

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

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

Produkty sacharydowe Woda Białko Lipidy Sacharydy 13 -15% 6 -13% 1 -4% 65 -78% Ziemniaki 75% 2% <1% 22% Miód 17% <1% Ziarna zbóż i przetwory zbożowe 83% Nasiona roślin strączkowych 30% 1 -3% 55 -63% Soja Orzechy ziemne 44% 30% 21% 50% 30% 14%

Produkty lipidowe Woda Białko Lipidy Sacharydy Oleje roślinne <1% >99% Smalec <1% >99% Masło, margaryna Orzech włoski Orzech laskowy 16 -18% 7% 0. 5% 82% 0. 5% 17 -24% 60 -70% 16% 60% 7%

Warzywa i owoce Woda Warzywa Owoce Białko 3% do 96% ~1% Lipidy Sacharydy Składniki mineralne <1% 2 -30% zwykle <9% 0. 1 -4. 5% Ponadto: witaminy, barwniki, substancje zapachowe, kwasy organiczne

Woda w żywności

Struktura i właściwości wody • Struktura wody • Energia wiązania wodorowego: 20 k. J/mol • L. koord. O-H…. O • lód 4 0. 276 nm • woda (1. 5ºC) 4. 4 0. 290 nm • woda (83ºC) 4. 9 0. 305 nm

Właściwości fizyczne wody • • Temperatura topnienia Temperatura wrzenia Ciepło właściwe Ciepło parowania Ciepło topnienia Napięcie powierzchniowe Stała dielektryczna (ε) 0ºC 100ºC 4 k. J/mol 2260 k. J/mol 333 k. J/mol 0. 072 N/m 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 jest miarą ilości wody wolnej p – cząstkowa prężność pary wodnej nad surowcem w danej temp. p 0 – 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 90 0. 97 Dżem 30 -35 90 0. 97 Miód 10 -20 0. 820. 94 0. 75 Soki Jaja 70 -80 0. 97 Cukier <10 0. 10 Mięso 60 -70 0. 97 Płatki zbożowe <10 0. 10 Sery twarde 34 -40 0. 96 Owoce suszone 20 -25 0. 720. 80

Strefy wartości aw • aw< 0. 25; adsorpcja monomolekularna • aw= 0. 25 -0. 7; adsorpcja wielowarstwowa • aw> 0. 7; woda wolna Przy aw< 0. 6 nie rozwija się mikroflora

Jak organizm człowieka przetwarza dostarczone w pożywieniu składniki odżywcze?

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

Acetylokoenzym A (acetylo-Co. A)

Acetylo-Co. A ATP = trifosforan adenozyny

Wytwarzanie i zużywanie energii w organizmach żywych ADP HPO 42 -, H+ Difosforan adenozyny ATP + H 2 O Trifosforan adenozyny