Zmeny potravín počas skladovania a prepravy

Zmeny potravín počas skladovania a prepravy 541P308 Hygiena distribúcie a predaja potravín (POVINNÝ PREDMET) ZIMNÝ SEM ESTER AKADEMICKÝ ROK 2016/2017 Ing. Peter Zajác, PhD. 1

Osnova 1. Zloženie potravín 2. Chemické reakcie v potravinách 3. Neenzymatické reakcie v potravinách 4. Enzymatické reakcie v potravinách 5. Oxidačný rozklad tukov, sacharidov, bielkovín, vitamínov 6. Hydrolýza bielkovín 7. Rozklad polysacharidov 8. Oxidačné reakcie 9. Fyzikálne zmeny potravín 10. Mikrobiologické zmeny potravín 2

Zloženie potravín Hlavné zložky potravín - bielkoviny - tuky - cukry - vitamíny - minerálne látky - voda 3

Zloženie potravín Zložky potravín viac, či menej vzájomne chemicky reagujú. Výsledkom chemických reakcií môžu byť: - pozitívne zmeny (zrenie), - negatívne zmeny (kazenie sa). 4

Voda Zloženie potravín Štruktúra potravín je do značnej miery ovplyvnená interakciami zložiek potravín s vodou. Voda môže byť v potravinách: voľná alebo viazaná. 5

Zloženie potravín Prítomnosť vody alebo zvýšenie relatívnej vlhkosti vzduchu môže spôsobovať u mnohých potravín problémy, zvyšuje sa riziko ich kazenia a môže dochádzať ku kvalitatívnym zmenám. 6

Obsah vlhkosti Relatívny reakčný čas Obsah vody a kazenie potravín Od prítomnosti vody závisí aj priebeh nežiaducich chemických reakcií v potravinách a činnosť mikroorganizmov:. Aktivita vody a w 7

Obsah vody a kazenie potravín 8

Mikrobiálna činnosť a kazenie potravín Činnosť mikroorganizmov významne vplýva na zloženie potravín. mikrobiálne enzýmy + metabolity baktérie kvasinky mikroskopické huby živiny Potravina = substrát 9

Chemické reakcie v potravinách - Chemické reakcie neenzymatického pôvodu: - Maillardova reakcia - Oxidačný rozklad - tukov (tuchnutie), - bielkovín, - sacharidov, - vitamínov. - Chemické reakcie enzymatického pôvodu: - Enzymatické hnednutie - Enzymatický rozklad - tukov (tuchnutie) - bielkovín (hydrolýza bielkovín) - polysacharidov 10

Maillardova reakcia = Neenzymatické hnednutie Maillardova reakcia je pomenovaná po Francúzskom chemikovi Louis Camille Maillardovi, ktorý túto reakciu popísal na začiatku 20. storočia. V gastronómii sa Maillardova reakcia využíva pomerne často za účelom zlepšenia chutnosti pripravovaného pokrmu. 11

Maillardova reakcia Reakciu charakterizuje: - Žltnutie až hnednutie produktu (tvorba melanoidov), - nastáva dehydratáciu produktu, - súčasne sa pri mnohých reakciách uvoľňuje voda, - dochádza k zmene chuti, - produkcia prchavých zlúčenín, ktoré majú za následok tvorbu pachu, - zmeny štruktúry bielkovín, - dochádza k degradácii esenciálnych aminokyselín (napr. lyzín, tryptofán a metionín), - nevratné zmeny v štruktúre lyzínu. Zvyšovanie teploty 12

Maillardova reakcia V niektorých potravinách, môže Maillardova reakcia spôsobiť zníženie ich kvality. - sušené mlieko, UHT mlieko, jablkový džús, majú vplyvom Maillardovej reakcie výrazne zmenené zmyslové vlastnosti a stávajú sa nepredajnými. 13

Maillardova reakcia Základné znaky Maillardovej reakcie Pre vznik Maillardovej reakcie je nevyhnutná: - prítomnosť redukujúcich cukrov (napr. glukóza, sacharóza, prípadne iné cukry) Mnohé z cukrov prítomných v potravinách patria medzi redukujúce cukry alebo sú schopné sa na ne premieňať. - zlúčenín s amino skupinou Vo všeobecnosti to môžu byť aminokyseliny, alebo lyzínová časť bielkovín. Pri zahrievaní reagujú medzi sebou v mnohostupňových sériách reakcií. Začiatok reakcie sa môže popísať nasledovne: 14

Maillardova reakcia R-NH2 + O=C H R N=C H R NH C H HC OH HC OH C OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH HC OH H H H Amino Redukujúci Schiffova Amadoriho skupina cukor báza zlúčenina 15

Maillardova reakcia Do reakcie môžu namiesto sacharidov vstupovať aj aldehydy a ketóny prítomné v potravinách (napr. z dôvodu oxidácie tukov). Reakcia karbonylovej skupiny aldehydov alebo ketónov (aldehydy sú reaktívnejšie) s voľnou aminoskupinou aminozlúženín za vzniku Shiffovej bázy. Schiffova báza je nestabilná zlúčenina, ktorá samovoľne prechádza na podobne nestabilné glykozylamíny, ktoré vstupujú do následných reakcií neenzymatického hnednutia prešmyky, kondenzácia, ďalšie reakcie. 16

Maillardova reakcia Redukujúci cukor + Amino skupina Skoré produkty Maillardovej reakcie Amadoriho zlúčenina Pokročilé produkty Maillardovej reakcie Štiepenie Dehydratácia Streckerov rozklad Melanoidíny, aromatické produkty

Maillardova reakcia

Maillardova reakcia Produkty Maillardovej reakcie Melanoidíny: farebné, vysokomolekulárne (polymérne) látky (žlté až tmavohnedé). Majú mierne antioxidačnú aktivitu a ich množstvo závisí na reakčných podmienkach. Aromatické látky: typ a množstvo závisí od reakčných podmienok a vstupných surovinách. Napr. Heterocyklické zlúčeniny: Ďalej vznikajú alifatické aldehydy a ďalšie dusíkaté, kyslíkaté, sírne a zmiešané heterocyklické zlúčeniny 19

Maillardova reakcia Produkty Maillardovej reakcie Ďalšie látky rôznej štruktúry: degradačné produkty sacharidov, reduktóny, premelanoidíny a ďalšie. Väčšinou pôsobia ako veľmi reaktívne medziprodukty, ale pri nízkej reakčnej rýchlosti (napr. pri nižšej teplote) môžu zostávať v reakčnej zmesi. 20

Maillardova reakcia Maillardova reakcia môže prebiehať aj pri nižších teplotách, prebieha však omnoho pomalšie a z praktického hľadiska ju pri bežných potravinách nemusíme brať v úvahu. Pri potravinách s predĺženou trvanlivosťou sa však môže prejaviť počas skladovania pri bežných izbových teplotách. 21

Maillardova reakcia a obsah vody Maillardova reakcia prebieha najintenzívnejie pri hodnotách aw 0,5-0,8 (Suché a polosuché potraviny) 22

Vplyv substrátu a teploty na Maillardovu reakciu Roztok: D-glukóza + Aminokyselina Rôzna teplota Čas 30 min Záver: so zvyšujúcou sa teplotou stúpa koncentrácia amadoriho zlúčeniny so zvyšujúcim sa obsahom vody prebieha reakcia pomalšie 23

Vplyv substrátu a teploty na Maillardovu reakciu glukóza + alanín glukóza + lyzín Grafické znázornenie výsledkov chemickej reakcie glukózy (10%) s aminokyselinou (10%) pri rôznych teplotách - merané pri absorbancii 405 nm glukóza + arginín Výsledky z bakalárskej práce (2011) Autor: Mackulinová Školiteľ: Zajác Záver: so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje absorbancia roztoku = mailardova reakcia prebieha intenzívnejšie 24

Vplyv substrátu a ph na Maillardovu reakciu Roztok: D-glukóza + Aminokyselina 121 C 10 min Záver: Nízke ph inhibuje maillardovu reakciu! 25

Vplyv substrátu a teploty na Maillardovu reakciu glukóza + lyzín 1 : 1 glukóza + lyzín 2 : 1 Grafické znázornenie výsledkov chemickej reakcie glukózy (10%) s aminokyselinou (10%) pri rôznom ph pri teplote 90 C a 120 C - merané pri absorbancii 405 nm glukóza + lyzín 1 : 2 Výsledky z bakalárskej práce (2011) Autor: Mackulinová Školiteľ: Zajác Záver: Nízke ph inhibuje maillardovu reakciu! 26

Kontrola Maillardovej reakcie - znížením koncentrácie amino zlúčenín a redukujúcich cukrov v potravinách, - zníženie ph výrobku pridávaním kyselín, - pomocou chemických inhibítorov oko oxid siričitý alebo disiričitan sodný, - uchovávaním potravín v chlade. - Intenzita chemických reakcií závisí na koncentrácii reagujúcich zložiek a množstva ich rozpúšťadla (voda). V prípade koncentrovaných, zahustených potravín je prítomnosť vody limitujúcim faktorom pre vznik reakcie. Dostupnosť vody je ovplyvnená jej fyzikálnym stavom a aktuálnou prítomnosťou. Voda obsiahnutá v kryštáloch je nedostupná pre chemické reakcie. - výrobca by mal uviesť za akých podmienok je možné potraviny skladovať a prepravovať. 27

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Chemické tuchnutie - hydrolytické tuchnutie vplyvom oxidácie 1 TUK, MASŤ, OLEJ 28

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Pôvodná molekula tuku je veľmi veľká a z toho dôvodu nemôže prchať, takže je chuťovo a pachovo nevýrazná. Čisté tuky nemajú takmer žiadnu chuť alebo pach. Ako náhle sa však štiepia zvýrazňujú sa ich chuťové a pachové vlastnosti, pretože voľné mastné kyseliny sú prchavé. Mnohé potraviny sa v dôsledku rozkladu tukov stávajú nejedlými. 29

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Tuky a oleje pozostávajú z dvoch typov mastných kyselín: - nasýtených - nenasýtených. Nasýtené mastné kyseliny nemajú žiadne dvojité uhlíkové väzby a z tohto dôvodu nie sú náchylné k oxidácii. Nenasýtené mastné kyseliny obsahujú jednu alebo viac takýchto väzieb. Práve v týchto miestach dochádza k oxidácii, čo má za následok zmenu senzorických vlastností. 30

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Nasýtené mastné kyseliny: - palmitová, steárová, myristová Mononenasýtené mastné kyseliny: - olejová, palmito-olejová Polynenasýtené mastné kyseliny: - linolová, linolénová, arachidonová 31

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Rastlinné oleje a rybací olej sú bohaté na polynenasýtené mastné kyseliny, zatiaľ čo živočíšne tuky obsahujú predovšetkým nasýtené mastné kyseliny. Výnimkou je palmový olej, kokosový olej, prípadne ďalšie rastlinné oleje, ktoré tiež nazývame oleje s vysokým podielom kyseliny laurovej, ktoré obsahujú vysoký podiel nasýtených mastných kyselín. To či mastné kyseliny sú nastýtené alebo nenasýtené ovplyvňuje štruktúru a konzistenciu tuku. Rastlinné oleje sú kvapalné Živočíšne tuky sú tuhé. Existujú aj výnimky (kokosový tuk je tuhý) 32

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Otázka Čo skôr oxiduje? Kvapalný olej alebo tuhý tuk alebo 33

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Autooxidácia lipidov je najrozšírenejšou nežiaducou zmenou lipidov, ktorá prebieha nielen v potravinách s vyšším, ale aj s nižším obsahom tukov (ovocie, zelenina). Táto zmena nevyžaduje prítomnosť enzýmov, ale nevyhnutnou podmienkou sú prítomnosť kyslíka a vyššia teplota. Autooxidáciu lipidov môžeme popísať 3 modelmi:

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie 1. Model (chemický) Tvorba voľných kyslíkových radikálov mastných kyselín - Prebieha v 3 fázach (Iniciácia, propagácia, terminácia) Iniciácia: Mastná kyselina RH sa štiepi inciátorom za vzniku radikálu mastnej kyseliny R a radikálu vodíka H Propagácia: Voľný radikál mastnej kyseliny R následne reaguje s O 2 za vzniku peroxidového radikálu RO 2, ktorý môže následne reagovať s inou molekulou mastnej kyseliny RH za vzniku hydroxiperoxidu a ďalšieho radikálu mastnej kyseliny R (nastáva reťazová reakcia) Terminácia: Proces končí vzájomnou reakciou voľných radikálov RO 2 + RO 2 R 2 O 2 + O 2

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie 2. Model (chemický) Fotooxidácia - Jedná sa o oxidáciu mastnej kyseliny singletovým kyslíkom O 2, ktorý priamo reaguje s nenasýtenými mastnými kyselinami za vzniku hydroperoxidov RO 2 H svetlo O 2 O 2 + RH RO 2 H katalyzátor 1. stupeň 2. stupeň R 1 CH=CH CH 2 R 2 + O=O R 1 CH CH=CH 2 R 2 O O H R 1 CH + CH CH 2 R 2 O O

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Zapamätajte si: oxidatívne tuchnutie je DVOJ stupňový proces. Najskôr vznikajú hydroperoxidy z nenasýtených mastných kyselín. Hydroperoxidy sú len intermediárne produkty oxidácie lipidov. Sú veľmi nestabilné. V druhom stupni reakcie sa hydroperoxidy rozkladajú sa v sérii chemických reakcií za vzniku aldehydov, alkoholov a uhľovodíkov. Hlavnou charakteristikou týchto reakcií je vznik molekúl s kratším uhlíkovým reťazcom v porovnaní s pôvodnými mastnými kyselinami. Z tohto dôvodu niektoré konečné produkty rozkladu s krátkym uhlíkovým reťazcom (aldehydy, ketóny) sú prchavé a sú príčinou zápachu.

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Oba stupne procesu oxidácie sa urýchľujú: - vplyvom tepla, - prítomnosťou iónov kovov (najčastejšie medi a železa), - prítomnosťou kyslíku z ovzdušia, - pôsobením svetla, predovšetkým UV svetlo katalyzuje oxidáciu tukov. 38

Enzymatický rozklad tukov - Tuchnutie 3. Model (enzymatický) Kyslík reaguje s mastnou kyselinou za katalytického pôsobenia enzýmov lipooxigenázy. O 2 + RH lipooxigenáza RO 2 H Proces bude podrobnejšie popísaný nižšie viď Enzymatické reakcie

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie Veto Rama Hera

Farebná zmena Rýchlosť oxidácie tuhých tukov 5 4 3 Veto Rama Hera 2 1 0 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 Čas (h)

Farebná zmena Rýchlosť oxidácie tuhých tukov 5 4 3 Veto Rama Hera 2 1 0 0 12 24 36 48 60 Čas (h)

Oxidačný rozklad tukov - Tuchnutie SUMÁR: Oxidácia alebo žltnutie tukov je proces oxidácie dvojitých väzieb nenasýtených mastných kyselín vzdušným kyslíkom, obsiahnutým predovšetkým v tukoch a iných lipidoch. Výsledkom tohto procesu sú nežiaduce produkty, hlavne aldehydy a ketóny, ktoré negatívne vplývajú na organizmus a výrazne menia chuťový prejav a vôňu potravín obsahujúcich nenasýtené mastné kyseliny. Následkom je čiastočne alebo úplne znehodnotenie potraviny. Chemická podstata žltnutia je adícia molekuly O 2 vzdušného kyslíka na dvojitú väzbu mastnej kyseliny za vzniku peroxidu, s následkom štiepenia uhlíkového reťazca: -CH=CH-... + O 2......... - CHO + OHC-... za vzniku dvoch koncových aldehydových skupín. Tekuté oleje s vysokým podielom nenasýtených mastných kyselín sú k oxidácii náchylnejšie než tuhé tuky. Oxidáciu podporuje pôsobenie ultrafialového žiarenia a môže byť tiež urýchlená lipolytickými enzýmami.

Oxidačný rozklad sacharidov V prítomnosti oxidačných činidiel, kovových iónov ako Cu 2+ a určitých enzýmov, monosacharidy podliehajú oxidačným reakciám. Oxidáciou aldehydovej skupiny aldóz vznikajú aldónové kyseliny. Pri oxidácii koncovej CH 2 OH skupiny (primárna alkoholová skupina) sa tvoria urónové kyseliny. Výsledkom oxidácie oboch uvedených skupín sú aldárové kyseliny.

Oxidačný rozklad sacharidov Aldónová kyselina Urónová kyselina

Oxidácia vitamínov Vitamín C je antioxidant, ktorý ľahko vychytáva reaktívne kyslíkové a dusíkové radikály a tým bráni ostatné substráty pred oxidačným poškodením. Pri oxidácii vzniká superoxidový radikál, ktorý je na základe nedostatku elektrónov extrémne reaktívny a schopný poškodiť molekulárnu štruktúru buniek. Pri reakcii kyseliny askorbovej a superoxidového radikálu vzniká peroxid vodíka, ktorý je následne odbúraný pomocou enzýmu kataláza.

Oxidácia vitamínov Reaktívne druhy kyslíka oxidujú askorbát najprv na monohydroaskorbát a dehydroaskorbát. Radikály kyslíka sa redukujú na vodu, kým oxidované formy askorbátu dosiahnú stabilný stav. Vitamín C vychytáva reaktívne druhy kyslíka elektrónovým transferom, ktorý inhibuje peroxidáciu lipidov.

Oxidácia vitamínov Vitamín E silno pôsobí hlavne proti peroxylovým radikálom. Hydroxylová skupina tokoferolu reaguje s peroxylovým radikálom za tvorby príslušného hydroperoxidu a tokoperoxylového radikálu. Tokoperoxylový radikál reaguje s vitamínom C, pričom ho oxiduje a vitamín E sa vracia do svojej pôvodnej redukovanej formy.

Oxidácia bielkovín Oxidácia bielkovín je pomalšia a menej rozšírená reakcia ako oxidácia tukov. Mechanické reakcie, ktoré narušia bunkové steny prinášajú rôzne endogénne prooxidanty a tým sú bielkoviny napadnuté radikálmi kyslíka. Voľné radikály kyslíka napadajú oba konce bielkovín, aj N- (aminoskupinu), aj C- (karboxylovú skupinu). Vo všeobecnosti všetky aminokyseliny sú náchylné k oxidácií.

Oxidácia bielkovín Oxidácia môže spôsobovať hlavné zmeny v štruktúre bielkovín, ktoré vedú k fragmentácii reťazca a oxidácii vedľajších reťazcov. Oxidácia vedľajšieho reťazca ďalej môže spôsobiť rozvinutie reťazca, konformačné zmeny bielkovín, dimerizáciu a agregáciu. V dôsledku týchto reakcií vznikajú hydroperoxidy, peroxidy a iné medziprodukty.

Oxidácia bielkovín Myoglobín je proteín, ktorý určuje farbu mäsa a mäsových výrobkov. Jasnú červenú farbu čerstvého mäsa pôsobí oxymyoglobín, ktorý obsahuje hemové železo, vo forme dvojmocného iónu. Dvojmocné železo (Fe 2+ ) sa ľahko oxiduje na trojmocné (Fe 3+ ), čím vzniká ferrimyoglobín, ktorý spôsobuje hnednutie mäsa. Hlavnou príčinou autooxidácie nie je oxidácia železa a redukcia kyslíka, ale vznik peroxidov.

Oxidácia bielkovín V dôsledku oxidácie bielkoviny stratia svoju funkciu. Denaturácia bielkovín spôsobuje zmenu farby mäsa a zníženie schopnosti viazať vodu. Pri varení a pečení takého mäsa sú významné straty. Dusená šunka - čerstvá Po 48 hod., pri izbovej teplote

Kontrola oxidačných reakcií - skladovaním a prepravou potravín s vysokým obsahom tukov pri nízkych teplotách a bez prístupu slnečného svetla, - použitím antioxidantov (napr. vitamín E a α-tokoferol), - ochrana potravín pred atmosférickým kyslíkom uskladnením vo vhodných nádobách, - použitie vzduchotesných obalov, - vákuové balenie potravín, - balenie potravín do obalov s modifikovanou atmosférou. Pozor! Kyslík však môže vplývať na potraviny aj pozitívne. V prípade mäsových výrobkov sa prítomnosť kyslíku podieľa na zachovávaní farby čerstvého červeného mäsa. 53

Enzymatické reakcie v potravinách - enzýmy sú prirodzene sa vyskytujúce katalyzátory chemických reakcií, - všetky rastliny a zvieratá tvoria enzýmy, - enzýmy sú prítomné v potravinách (prirodzene sa vyskytujúce alebo technologické zložky) 54

Enzymatické reakcie v potravinách Problémy s enzymatickým rozkladom potravín sa častejšie vyskytujú počas skladovania a prepravy potravín než pri výrobe potravín. Mechanické zmeny (udreté miesta) sú častou príčinou zmien. V dôsledku poškodenia pletiva bunkových stien ovocia alebo zeleniny sa enzýmy dostávajú k ich substrátom a dochádza k rýchlym zmenám štruktúry pletiva. 55

Enzymatické reakcie v potravinách Vplyvom straty integrity štruktúry sa vytvára priestor pre mikroskopické huby, kvasinky a baktérie, ktoré prostredníctvom ich vlastnej výbavy enzýmov spôsobujú ďalší rozklad rastlinných produktov. 56

Enzymatické reakcie v potravinách - aktivita enzýmov a rýchlosť enzymatickej reakcie sú ovplyvnené: - koncentráciou enzýmu, koncentráciou substrátu, teplotu, ph, inhibítormi Teplota: - so zvyšujúcou sa teplotou dochádza k zvyšovaniu rýchlosti enzymatickej reakcie. Príliš vysoká teplota však spôsobuje denaturáciu enzýmov, následkom ktorej sa enzýmy inaktivujú a úplne strácajú ich aktivitu. - Pri znižovaní teploty sa zvyšuje viskozita reakčného média a tým sa, okrem iného zhoršuje difúzia substrátov k enzýmu a produktov od enzýmu, čo spomaľuje priebeh enzymatickej reakcie 57

Enzymatické reakcie v potravinách - Teplota: Optimálna teplota je pre väčšinu enzýmov v rozmedzí 25 až 45 C. 58

Enzymatické reakcie v potravinách ph Zmeny ph môžu ovplyvniť aktivitu enzýmu. Optimálne ph - každý enzým pracuje najlepšie pri určitom ph. Enzým ph Optimum Lipáza (pankreas) 8.0 Lipáza (žalúdok) 4.0-5.0 Pepsín 1.5-1.6 Trypsín 7.8-8.7 Ureáza 7.0 Invertáza 4.5 Maltáza 6.1-6.8 Amyláza (pankreas) 6.7-7.0 Amyláza (slad) 4.6-5.2 Kataláza 7.0 59

Enzymatické reakcie v potravinách Hlavné enzymatické reakcie prebiehajúce v potravinách: - Enzymatické hnednutie (rozklad polyfenolov) - Enzymatický rozklad tukov (tuchnutie) - Enyzmatický rozklad bielkovín (hydrolýza bielkovín) - Enzymatický rozklad polysacharidov 60

Enzymatické hnednutie Enzymatické hnednutie spôsobuje enzým: - polyfenoloxidáza Polyfenoloxidáza je často v závislosti od substrátu ktorý štiepi nazývaná aj ako tyrozináza, polyfenoláza, fenoláza, katecholáza... Tyrozín je aminokyselina vyskytujúca sa napr. v zemiakoch. Taníny (polyfenoly) sú súčasťou rastlinných pletív. Vyznačujú sa tým, že sú bezfarebné. V prítomnosti kyslíka môžu polyfenoloxidázy oxidovať substráty (napr. tyrozín, taníny) za vzniku chinónov, ktoré sa vyznačujú žltým alebo hnedým sfarbením. Aktivitou polyfenoloxidázy nastáva hnednutie: - odrezaného povrchu jabĺk, zemiakov, muštov, banánov a pod. 61

Enzymatické hnednutie Polyfenoloxidáza sa prirodzene vyskytuje v rastlinných pletivách. Katalyzuje dve rozdielne, avšak na seba naväzujúce oxidačné reakcie. Ide o: - hydroxyláciu monofenolov na o-difenoly (kreolázová aktivita) a - oxidáciu bifenylov na o-chinóny (katecholázová aktivita). Jedná sa teda o oxidáciu prítomných fenolov na chinóny, čo sa prejavuje postupnou zmenou farby následkom samovoľnej polymerácie vytvorených chinónov. Odborne sa táto reakcia nazýva enzýmové hnednutie. 62

Enzymatické hnednutie - DOPA - dihydroxyfenylalanín 63

Enzymatické hnednutie 64

Enzymatické hnednutie Jablková šťava 65

Enzymatické hnednutie Polyfenoloxidáza sa vyskytuje v neaktívnej forme aj v kôrovcoch tu sa musí aktivovať proteázami, napr. mikrobiálnymi. 66

Enzymatické hnednutie 67

Enzymatické hnednutie Inaktivácia polyfenoloxidázy a ďalších enzýmov pôsobením teploty D-hodnota: je čas potrebný na inaktiváciu 90% pôvodnej aktivity enzýmu pri určitej teplote. 68

Enzymatické hnednutie http://www.fao.org/ag/ags/agsi/enzymefinal/enzymatic%20browning.html 69

Kontrola enzymatického hnednutia Enzymatické hnednutie môžu výrobcovia potravín kontrolovať pomocou: - tepelnej úpravy, počas ktorej dochádza k devitalizácii enzýmov, - zmenou ph (enzýmy sú aktívne vždy pri špecifickom ph) (napr. fenoláza je aktívna pri ph 5 7 a môže byť irreverzibilne inaktivovaná pri ph nižšom ako 3) - uskladnenie a preprava potravín v riadenej atmosfére Atmosférický kyslík pôsobí ako katalyzátor enzymatického hnednutia, zníženie jeho koncentrácie alebo úplná eliminácia zamedzí vzniku enzymatického hnednutia, pretože chinóny sa nemôžu vytvoriť. 70

Enyzmatický rozklad tukov - Tuchnutie Enzymatické tuchnutie - hydrolytické tuchnutie (Lipázy) nazývané aj lipolytické), - oxidatívne tuchnutie (Lipooxigenázy) 2 1 TUK, MASŤ, OLEJ 71

Enyzmatický rozklad tukov - Tuchnutie Enzýmy sa podieľajú na dvoch typoch tuchnutia tukov. Rozlišujeme: - hydrolytické tuchnutie (nazývané aj lipolytické), 1 V dôsledku aktivity lipáz dochádza k hydrolytickému tuchnutiu tukov. Lipázy štiepia molekulovú štruktúru tukov a olejov. Výsledkom reakcie je uvoľnenie sa voľných mastných kyselín, čo má za následok zmenu senzorických vlastností. Je nutné poznamenať že: - hydrolýza molekúl triglyceridov môže prebiehať nielen enzymaticky ale aj ako spontánna chemická reakcia (bola popísaná vyššie). - V oboch prípadoch musí na vznik reakcie byť prítomná voda! - Reakcia prebieha aj pri izbových teplotách! 72

Enyzmatický rozklad tukov - Tuchnutie CH2OCOC17H35 CH2OH CH2OCOC17H35 lipáza CH2OCOC17H35 H 2 O CH2OCOC17H35 CH2OCOC17H35 + HOCOC17H35 Triglycerid Diglycerid Mastná kyselina 73

Enyzmatický rozklad tukov - Tuchnutie - oxidatívne tuchnutie 2 Oxidatívne tuchnutie môžu spôsobovať lipooxigenázy. Lipooxigenázy spôsobujú oxidáciu nenasýtených mastných kyselín v tuku, čo má za následok zmenu pachu (tuchnutie). 2 Oxidatívne tuchnutie katalyzované enzýmami predstavuje len jednu z troch možností oxidácie tukov! Tieto boli popísané vyššie!!! 74

Enyzmatický rozklad bielkovín - Hydrolýza bielkovín Proteázy sú enzýmy rozkladajúce bielkoviny. Sú bežne zastúpené v tráviacom systéme živočíchov (napr. pepsín) a vyskytujú sa aj v rastlinách. Pri rozklade bielkovín proteázami môžeme pozorovať stratu schopnosti bielkovín viazať vodu a dochádza k strate textúry potravín. Mliečne výrobky môžu vplyvom proteáz koagulovať, pričom jednotlivé zložky sa rozvrstvujú, čo má za následok stratu homogénnosti. Ďalším príznakom proteolytickej aktivity je horká príchuť. 75

Stručná schéma rozkladu bielkovín Polypeptid Tripeptid Dipeptid Aminokyselina Amino kyseliny Amín CO 2, H 2 O, NH 3 76

Rozdklad bielkovín 77

Enyzmatický rozklad bielkovín - Hydrolýza bielkovín Hydrolýzou bielkovín vznikajú peptidy, ktoré spôsobujú horkú, zvieravú až trpkú chuť potravín. Je to pomerne častý problém v mliekarenskom priemysle. V rastlinnom organizme sa najintenzívnejšia disimilácia bielkovín uskutočňuje v dobe klíčenia rastlín, keď sa rezervné bielkoviny rozpadávajú a využívajú sa pre rýchlu resyntézu bielkovín novosyntetizovaných orgánov mladého organizmu. Rýchly rozklad bielkovín sa pozoruje u starnúcich pletivách rastlín. Dysimilácia bielkovín začína ich hydrolýzou, uskutočňuje sa v prítomnosti hydroláz a vody, pričom sa rozpája peptidová väzba. 78

Enyzmatický rozklad bielkovín - Hydrolýza bielkovín Hydrolázy môžu účinkovať vo: - vnútri molekuly (endopeptidázy) peptid peptid hydrolázy (endopeptidázy alebo proteinázy) ako je pepsín, trypsín, chymotripsín, katepsín, arachín, fazeolín, papaín atď. - na kococh molekuly (exopeptidázy) peptid aminokyselina hydrolázy (exopeptidázy), ktoré podľa toho, z ktorého konca bielkoviny alebo peptidu odštepujú aminokyselinu, rozdeľujeme ešte na karboxypeptidázy a aminopeptidázy. - Účinkom hydroláz vznikajú peptidy. Okrem toho existujú dipeptidázy a tripeptidázy, ktoré štiepia dipeptidy a tripeptidy. 79

Enyzmatický rozklad bielkovín - Hydrolýza bielkovín Obr.2 : hydrolýza peptidovej väzby vo vnútri proteínu medzi aminokyselinou an a aminokyselinou an+1. Proteín sa rozštiepil na dva menšie peptidy 80

Enyzmatický rozklad bielkovín - Hydrolýza bielkovín Aminokyseliny sa môžu disimilovať: - transamináciou, dekarboxyláciou alebo deamináciou a postupným odbúravaním uhlíkatého skeletu sa vytvárajú anorganické látky voda, amoniak, CO 2. 81

Enyzmatický rozklad bielkovín - Hydrolýza bielkovín - Pri transaminácii vznikajú iné aminokyseliny po prenesení aminoskupiny a uhlíkatý sklelet disimiluje na anorganické látky. - Dekarboxyláciou z monokarbonových aminokyselín vznikajú amíny (tyrozín tyramín, histidín histamín, lyzín kadaverín, atď.), naproti tomu z dikarbónových aminokyselín t.j. z kyseliny glutámovej a asparágovej vznikajú monokarbónové aminokyseliny (alfa a beta aminomaslová kyselina a alfa a beta alanín). - Deaminácia aminokyselín môže byť oxidačná, redukčná hydrolytická alebo intramolekulárna. Oxidačná deaminácia sa uskutočňuje v prítomnosti dehydrogenáz a predsvauje opačný sled reakcií, aké sa vyskytujú pri priamej aminácii ketokyselín. 82

Kontrola hydrolýzy bielkovín - regulácia teploty vzduchu v prepravnom priestore a preprava pri chladiarenských teplotách. - tepelné ošetrenie mlieka (pasterizácia alebo UHT záhrev by mali eliminovať proteolytickú aktivitu). Pozor niektoré enzýmy sú termostabilné!!! 83

Enzymatický rozklad polysacharidov Polysacharidy sú podobne ako bielkoviny náchylné na hydrolytické pôsobenie enzýmov, vplyvom ktorého strácajú svoju štruktúru. Medzi najdôležitejšie enzýmy rozkladajúce polysacharidy patria: Enzým Amyláza Celuláza Pektináza Pektínesteráza Substrát Škrob Celulóza Pektín Jej účinkom dochádza k zmene rozpustnosti bielkovín 84

Enzymatický rozklad polysacharidov Príklad: hydrolýza škrobu β-amyláza škrob α-amyláza β-dextríny maltóza glukóza maltóza α-dextríny maltáza Amylo-1,6-glykozidáza Amylo-1,6-glykozidáza maltáza kináza ATP ADP Glukóza-6-fosfát 85

Enzymatický rozklad polysacharidov Príklad: hydrolýza glykogénu - Štiepenie glykogénu katalyzuje fosforyláza, ktorá atakuje α (1 4) glykozidické väzby glykogénu za vzniku glukóza-1-fosfátu. Okrem toho sa na štiepení zúčastňuje i α (1 6 ) glukozidáza, ktorá hydrolyzuje 1 6 väzby v mieste vetvenia Príklad: rozklad celulózy - Rozpad celulózy na disacharid celobiózu a zmes oligosacharidov uskutočňujú celulázy. Tieto sa vyskytujú hlavne v bunkách baktérií. 86

Enzymatický rozklad polysacharidov Okrem enzýmov prítomných prirodzene v potravinách, musíme uvažovať aj o enzýmoch produkovaných baktériami a kvasinkami. Bakteriálne proteázy, lipázy, amylázy a ďalšie sú veľmi dobre popísané v odbornej literatúre. Tieto enzýmy môžu spôsobovať výrazné problémy počas skladovania a prepravy potravín, ktoré boli nedostatočne spracované, kontaminované alebo sú nedostatočne chránené obalom. 87

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia Tvorba kryštálov v potravinách je výrazne ovplyvnená teplotou. Medzi potraviny podliehajúce kryštalizácii patria napríklad: - mliečne výrobky, - čokoládové cukrovinky, - mäso, - mäsové výrobky, - ryby. 88

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia Veľkosť kryštálov Kryštály menšie ako 10 µm sú v ústach nepostrehnuteľné. Platí pravidlo, že čím rýchlejší je proces zmrazovania, tým menšie kryštály sa vytvoria. Pri skladovaní a preprave mrazených potravín je dôležité kontrolovať teplotu prostredia, pretože výrazne vplýva na ich kvalitu a dobu spotreby. Obyčajne sa potraviny zmrazujú na teplotu 18 C. V prípade mierneho zvýšenia teploty dochádza k topeniu kryštálov, pričom pri opätovnom znížení teploty sa tvoria nové kryštály ktoré sú však väčšie. 89

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia Proces kryštalizácie 1. Nukleácia primárna: a) homogénna - prostredie neobsahuje žiadne cudzie pevné častice, ani kryštály b) heterogénna - zárodky vznikajú na cudzích časticiach tuhej fázy sekundárna - novovzniknuté kryštály sa začleňujú do už vytvorenej kryštálovej matrice (Martins et al., 2011) 2. Rast kryštálov - rast a usporiadanie kryštálov Fázy môžu prebiehať aj súčasne, vtedy však nukleácia môže obmedzovať rast jednotlivých kryštálov, takže interakcia medzi rastom už vytvorených kryštálov a vznikom nových kryštálov určuje výslednú veľkosť kryštálov (Mersmann, 2001) a (Myerson, 2002). 90

Zdroj : http://www.science direct.com/science/article/pi i/s0924224411000896 Rast kryštálov

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia - zmrzlina nadobúda hrubú až pieskovú štruktúru - u mäsa vplyvom poškodenia buniek dochádza k vyplavovaniu vnútrobunkovej vody do medzibunkových priestorov, kde vznikajú veľké ľadové kryštály, ktoré následne poškodzujú bunky. Po rozmrazení mäsa nastáva zvýšený odtok štiav a dochádza k strate výživovej hodnoty. 92

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia Zmrzlina Zdroj : http://www.icecreamnation.org/science-of-ice-cream/

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia Laktóza (cukor prítomný v mlieku) má obmedzenú schopnosť rozpúšťať sa vo vode. Predĺžené skladovanie mliečnych výrobkov sprevádzané kolísaním teploty môže mať za následok tvorbu veľkých kryštálov laktózy. - výrobky nadobúdajú pieskovú štruktúru. Tento proces je charakteristický pre kondenzované mlieko skladované pri nevhodných podmienkach ako aj pre zmrzlinu s mliečnou zložkou. Laktóza sa v mlieku nachádza v dvoch formách: α forma kryštalizuje ako α anhydrid a ako α - monohydrát β forma iba ako β - anhydrid ak kryštalizujú obe, ide o sklovitú formu kryštalizácie (Lifran et al., 2007) 94

Tvorba kryštálov laktózy Zdroj : http://www.quorumtech.com/imagegallery/cryo-sem-images/foodstuffsfoamed Zdroj : http://www.foodsci.uoguelph.ca/ dairyedu/chem.html

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia Čokoláda môže byť taktiež ovplyvnená kolísaním teploty počas skladovania alebo prepravy, hoci v tomto prípade je celý proces zložitejší. Tuk prítomný v čokoláde (kakaovom masle) má niekoľko foriem kryštálov, z ktorých každý má inú teplotu topenia. Najvyššiu teplotu topenia majú najstabilnejšie kryštály. Kakaové maslo má tendenciu opätovne vykryštalizovať a tieto kryštály sa vyznačujú vysokou teplotou topenia. Žiaduca forma kryštálov má teplotu topenia 33,8 C. Ak sú tieto vystavené kolísaniu teplôt, mení sa ich tvar, kryštály sú väčšie a na povrchu čokolády neležia plocho ale vertikálne pričom sa zvyšuje teplota topenia na 36,4 C. Čokoláda nadobúda na povrchu biely vzhľad, čo má veľmi negatívne následky na jej kvalitu. 96

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia 97

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia Kryštalizácia kakaového masla Zdroj : http://cacaolab.wordpress.com/2007/06/02/tempering-chocolat

Fyzikálne zmeny potravín: kryštalizácia čerstvá mrkva mrkva po zmrazení a následnom rozmrazení Zdroj : http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0924224411000896

Ďakujem za pozornosť