E. M. ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ: ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ-Ι ΙΟΤΗΤΕΣ-ΡΕΟΛΟΓΙΑ-ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ- ΠΟΙΟΤΗΤΑ- ΣΥΚΕΥΑΣΙΑ Κ. Τζιά, Π. Ταούκης, Β. Ωραιοπούλου ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΠΑΡΑ ΟΣΕΙΣ ΑΘΗΝΑ 2007
Το µάθηµα «Επιστήµη και Μηχανική Τροφίµων» διευρύνει τις γνώσεις στην Επιστήµη των Τροφίµων, που αποτελεί τοµέα αιχµής για το Χηµικό Μηχανικό. Το περιεχόµενο του περιλαµβάνει τα συστατικά των τροφίµων, τις φυσικοχηµικές, βιολογικές και λειτουργικές τους ιδιότητες, την ποιότητα και ασφάλεια, τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, τις αλλοιώσεις τους και τη συµπεριφορά τους κάτω από το εύρος των συνθηκών που συναντούν κατά τις διεργασίες παραγωγής και κατά τη συσκευασία και συντήρηση τους. Σκοπός είναι η µελέτη των ιδιοτήτων των τροφίµων ως πολύπλοκα βιολογικά συστήµατα και ως βιοµηχανικά προϊόντα. Oι παραδόσεις εστιάζονται, πέραν της κάλυψης των βασικών αρχών, στην αναφορά πρακτικών παραδειγµάτων εφαρµογής των αρχών αυτών υπό το πρίσµα του Χηµικού Μηχανικού που θα κληθεί να συµµετάσχει στο σχεδιασµό και τη βελτιστοποίηση της σύστασης, των διεργασιών παραγωγής και των διαδικασιών ελέγχου ποιότητας των προϊόντων στη Βιοµηχανία Τροφίµων.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. 1 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ - ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ Κ. Τζιά 7 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 7 1.2 ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ - ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ 9 1.3 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ 15 1.3.1 Εισαγωγή 15 1.3.2 Χηµεία των πρωτεϊνών - Αµινοξέα ως δοµικά συστατικά πρωτεϊνών 15 1.3.2.1 Αµινοξέα 16 1.3.2.2 οµή πρωτεϊνών 20 1.3.3 Ταξινόµηση πρωτεϊνών - Κατηγορίες πρωτεϊνών 25 1.3.3.1 Απλές πρωτεΐνες 27 1.3.3.2 Σύνθετες πρωτεΐνες 28 1.3.4 Φυσικοχηµικές ιδιότητες πρωτεϊνών 29 1.3.4.1 ιαλυτότητα 30 1.3.4.2 Μετουσίωση πρωτεϊνών 33 1.3.5 Ποσοτικός προσδιορισµός πρωτεϊνών 36 1.3.6 Θρεπτικότητα πρωτεϊνών 37 1.3.7 Οι πρωτεΐνες των τροφίµων και η θρεπτικότητά τους 39 1.3.8 Λειτουργικότητα πρωτεϊνών 41 1.3.8.1 Προσδιορισµός λειτουργικών ιδιοτήτων 47 1.3.8.2 Tροποποίηση λειτουργικών ιδιοτήτων - Βελτίωση λειτουργικότητας 47 1.3.9 Μεταβολισµός των πρωτεϊνών - Ανάγκες του οργανισµού σε πρωτεΐνες 48 1.3.10 Μεταβολές των πρωτεϊνών κατά την επεξεργασία των τροφίµων 51 1.3.11 Βελτίωση της θρεπτικής αξίας των τροφίµων 51 1.3.12 Νέες πηγές πρωτεϊνών - Εξωσυµβατικές πρωτεΐνες 53 1.4 Υ ΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ 59 1.4.1 Εισαγωγή 59 1.4.2 Χηµεία υδατανθράκων - Κατηγορίες και ιδιότητες 59 1.4.3 Μονοσακχαρίτες ή απλά σάκχαρα 60 1.4.3.1 Ιδιότητες µονοσακχαριτών ή απλών σακχάρων 63 1.4.3.2 Αντιδράσεις µονοσακχαριτών 66 1.4.3.3 Βασικά στοιχεία µονοσακχαριτών 69 1.4.3.4 Παράγωγα µονοσακχαριτών 71 1.4.4 Ολιγοσακχαρίτες 73 1.4.4.1 ισακχαρίτες 70 1.4.4.2 Τρι- και τετρα-σακχαρίτες 78 1.4.5 Πολυσακχαρίτες 79 Οµοπολυσακχαρίτες 80 1.4.5.1 Άµυλο 80 1.4.5.2 Κυτταρίνη 88 1.4.5.3 Γλυκογόνο 89 1.4.5.4 Άλλοι οµοπολυσακχαρίτες 89 Ετεροπολυσακχαρίτες 89 1.4.5.5 Ηµικυτταρίνη 90 1.4.5.6 Πηκτινικά συστατικά/πηκτινικές ύλες 91 1.4.5.7 Πηκτικά µέσα - Φυτικά κόµµεα και Εκχυλίσµατα φυκιών 95 1.4.6 Λειτουργικές ιδιότητες υδατανθράκων 97 1.4.7 Ποσοτικός προσδιορισµός σακχάρων 98 1.4.8 Μεταβολές των υδατανθράκων κατά την επεξεργασία των τροφίµων - Αντιδράσεις καστάνωσης ή αµαύρωσης (Maillard) 99 1.4.9 Μεταβολισµός υδατανθράκων - Ανάγκες του οργανισµού σε υδατάνθρακες 100 1.4.10 Εναλλακτικά σάκχαρα 101 1.5 ΛΙΠΑΡΑ ΣΩΜΑΤΑ (και άλλα λιπίδια) 109 1.5.1 Εισαγωγή - Λιπαρά σώµατα - Ρόλος τους στη διατροφή 109
1.5.2 Λιπίδια Ταξινόµηση 110 1.5.3 Λιπαρά σώµατα 111 1.5.4 Χηµεία δοµικών συστατικών των λιπαρών σωµάτων 112 1.5.4.1 Τριγλυκερίδια Ιδιότητες 112 1.5.4.2 Λιπαρά οξέα Ιδιότητες 113 1.5.5 Απαραίτητα ή ουσιώδη λιπαρά οξέα - Λειτουργικά συστατικά ω-3 και ω-6 λιπαρά οξέα 118 1.5.6 Ανάλυση λιπαρών οξέων και τριγλυκεριδίων 119 1.5.7 Κρυστάλλωση λιπαρών - Κρυσταλλικές µορφές 119 1.5.8 Μονο- και δι- γλυκερίδια 121 1.5.9 Κύριες ιδιότητες των λιπών και ελαίων 122 1.5. 9.1 Οργανοληπτικές ιδιότητες 122 1.5.9.2 Φυσικές - Φυσικοχηµικές ιδιότητες 123 1.5.9.3 Χηµικές ιδιότητες 128 1.5.9.4 Βιολογικές ιδιότητες 130 1.5.10 Μικρότερα συστατικά των λιπών και ελαίων 131 1.5.11 Αλλοιώσεις των λιπαρών 139 1.5.11.1 Υδρολυτική διάσπαση 139 1.5.11.2 Οξειδωτικός ταγγισµός 140 1.5.12 Μεταβολισµός των λιπαρών στον οργανισµό - ιατροφική αξία λιπαρών 144 1.5.13 Μεταβολές των λιπαρών κατά τις διεργασίες και την αποθήκευση των τροφίµων 145 1.5.14 Παραλαβή και εξευγενισµός των λιπών και ελαίων 146 1.5.15 Λειτουργικότητα λιπαρών - Υποκατάστατα και µιµητές λιπαρών 150 1.6 ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ 153 1.7 ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 166 1.8 ΝΕΡΟ 169 1.9 ΑΛΛΑ ΦΥΣΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ 182 1.9.1 Φυσικά απαντώµενα συστατικά 182 1.9.10 Πρόσθετα τροφίµων 184 2. ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Κ. Τζιά 185 2.1 Εισαγωγή 185 2.2 ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ - ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ 187 2.2.1 Ποσοτικά χαρακτηριστικά 188 2.2.1.1 Αναλογία συστατικών 188 2.2.1.2 Βάρος 188 2.2.1.3 Απόδοση 188 2.2.2 Μη εµφανή χαρακτηριστικά 189 2.2.2.1 Θρεπτική αξία 189 2.2.2.2 Υγιεινή κατάσταση 191 2.2.2.3 ιατηρησιµότητα 191 2.2.3 Οργανοληπτικά χαρακτηριστικά 192 2.2.3.1 Εµφάνιση 192 2.2.3.2 Υφή 199 2.2.3.2 Γεύση - Οσµή 203 2.2.4 Λειτουργικά χαρακτηριστικά 206 2.3 Οργανοληπτική Ποιότητα τροφίµων 207 2.3.1 Οργανοληπτική εκτίµηση / ασξιολόγηση των τροφίµων 207 2.3.1.1 Οργανοληπτική αίσθηση/αντίληψη 208 2.3.1.2 Σχέση απόκρισης ερεθίσµατος 208 2.3.1.3 Αποδοχή και αντιλαµβανόµενες οργανοληπτικές ιδιότητες 209 2.3.2 οκιµές οργανοληπτικής εκτίµησης 210 2.3.3 Οργανοληπτική µελέτη 211 2.3.4 Οργάνωση και λειτουργία οργανοληπτικού εργαστηρίου 214 2.3.4.1 Εργαστηριακός χώρος 214 2.3.4.2 Επόπτης οµάδας δοκιµαστών 216 2.3.4.3 οκιµαστές 216 2.3.4.4 Επιλογή δοκιµαστών 216 2.3.4.5 Εξοικείωση δοκιµαστών µε τις βασικές έννοιες της οργανοληπτικής εξέτασης - 217
Γνώση αισθήσεων 2.3.4.6 Εξοικείωση δοκιµαστών µε το προς εξέταση τρόφιµο 217 2.3.4.7 Προσδιορισµός µέσου κατωφλίου της οµάδας για τα χαρακτηριστικά του τροφίµου 218 2.3.4.8 Επιλογή δοκιµαστών µε τη µέθοδο «ταξινόµησης έντασης» 218 2.3.4.9 ιαδικασία επιλογής 219 2.3.4.10 Έλεγχος δοκιµαστών µε δείγµατα αναφοράς - Βαθµονόµηση 219 2.3.4.11 Εκπαίδευση δοκιµαστών 219 2.3.4.12 ιαδικασία για την οργανοληπτική εκτίµηση 220 2.3.4.13 Έντυπα δοκιµαστή 221 2.3.4.14 Αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της οµάδας δοκιµαστών 221 2.3.4.15 Οργανοληπτικός έλεγχος τροφίµων 221 3 ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Π. Ταούκης 227 3.1 Γενικές αρχές 227 3.2 Τρόποι επιµόλυνσης των τροφίµων από µικροοργανισµούς 235 3.3 Παράγοντες ανάπτυξης των µικροοργανισµών στα τρόφιµα 235 3.4 Μέθοδοι απαρίθµησης του µικροβιακού φορτίου στα τρόφιµα 239 3.5 Κλασσική Μικροβιολογία Τροφίµων Φιλοσοφία Προσεγγίσεις 243 3.6 Μικροβιολογία Τροφίµων Νέες Προσεγγίσεις 244 3.7 Κινητική Μικροβιακής Ανάπτυξης 251 3.8 Ανάλυση Επικινδυνότητας στη Βιοµηχανία Τροφίµων 263 4 ΥΓΙΕΙΝΗ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Π. Ταούκης 268 4.1 Υγιεινή 268 4.1.1 Προστασία των τροφίµων από Φυσικούς, Χηµικούς και Μικροβιολογικούς Κινδύνους 269 4.1.2 Υγιεινή του προσωπικού 271 4.1.3 Το νερό και η απολύµανση του στη Βιοµηχανία Τροφίµων 271 4.1.4 Η Υγιεινή στο Σχεδιασµό και τη Λειτουργία των Εγκαταστάσεων και του Εξοπλισµού 273 4.1.5 Νοµοθεσία για την Υγιεινή και Ασφάλεια των Τροφίµων 274 4.2 Καθαρισµός στη Βιοµηχανία Τροφίµων 281 4.3 Απολύµανση στη Βιοµηχανία Τροφίµων 284 5 ΡΕΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Π. Ταούκης 292 5.1 Νευτωνικά Μη Νευτωνικά υγρά 292 5.2 Μέτρηση ιξώδους Ρεολογικών παραµέτρων 297 5.3 Υπολογισµοί άντλησης µη νευτωνικών υγρών 302 5.4 Ιξωδοελαστικά τρόφιµα 304 5.5 Ροή αιωρηµάτων - κόνεων 306 5.6 Μέτρηση υφής τροφίµων 307 5.7 Προσδιορισµος ιξωδοελαστικών ιδιοτήτων µε δυναµικά ρεολογικά πειράµατα 309 5.7.1 Είδη υναµικών Ρεολογικών οκιµών 312 5.7.2 Σηµασία και Χρησιµότητα των SAOS οκιµών 314 5.8 Παραδείγµατα ρεολογικής συµπεριφοράς τροφίµων 315 6 ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Β. Ωραιοπούλου 319 6.1 Παράγοντες του περιβάλλοντος που επιδρούν στην υποβάθµισης της ποιότητας του τροφίµου κατά την αποθήκευση 320 6.2 Τύποι και υλικά συσκευασίας τροφίµων 323 6.2.1 Χαρτί-Χαρτόνι 6.2.2 Γυαλί 327 6.2.3 Μέταλλα 329 6.2.3.1 Μεταλλικά δοχεία 329 6.2.3.2 Μεταλλικά φύλλα 338 324
6.2.4 Ξύλο 339 6.2.5 Πλαστικά 339 6.2.6 Βιοδιασπώµενα και βρώσιµα υλικά 346 6.3 Πολυστρωµατικά υλικά (laminates) 350 6.4 ιαπερατότητα υλικών συσκευασίας σε αέρια και ατµούς 352 6.4.1 Ορισµοί-Βασικές Εξισώσεις 352 6.4.2 ιαπερατότητα υλικών συσκευασίας σε αέρια 354 6.4.3 ιαπερατότητα υδρατµών 357 6.4.4 ιαπερατότητα µέσω πολυστρωµατικών υλικών 359 6.4.5 ιαπέραση από πόρους ή ανοίγµατα της συσκευασίας 361 6.5 ιαπερατότητα υλικών συσκευασίας από το φως 362 6.6 Έλεγχος βιολογικών προσβολών 363 6.7 Ικανότητα προστασίας από µηχανική φθορά 365 6.8 Επίδραση του υλικού συσκευασίας στις µεταβολές θερµοκρασίας του τροφίµου 366 6.9 Ενεργητική συσκευασία (active packaging) 367